Химия 8. Еремин compressed

ГЛАВА 1 Первоначальные химические понят,ия 1D Вещества Вы, наверное, знаете, что весь мир, живая и нежи вая природа, растения и камни, компьютеры и дома, воздух, да и сам человек - всё это состоит из веществ. Названия некоторых из них вам хорошо знакомы. Так, гвозди, молотки, топоры делают из железа, ные пакеты для хранения пищевых продуктов лиэтилена, свечи бутылки - прозрач - из по из воска, парафина или стеарина, из стекла. Фольга, в которую заворачивают шоколадные конфеты, сделана из алюминия, а внутри термометра, которым измеряют температуру тела, на ходится ртуть. Железо, полиэтилен, воск, алюминий, шоколад, стекло, ртуть, а также аспирин, аскорбино вая кислота и другие лекарства - это вещества. В физике все окружающие нас объекты называют физическими телами, а то, из чего они состоят, - ве ществами. Тело может состоять из одного или несколь ких веществ: стакан (тело) состоит из стекла (вещест во), пластиковая бутылка (тело) из полиэтиленте рефталата (вещество), страница книги (тело) - из бумаги (вещество) и краски (вещество). Изучением веществ и занимается наука химия. Каж дое вещество характеризуется определёнными свойст вами, т. е. признаками, по которым оно отличается от других или сходно с ними. Изучить вещество - значит узнать его свойства, описать, из чего и как оно постро ено. К физическим свойствам относят агрегатное со- 5 ' щrеондЧАЛhНЫ Е Х~1М ~~Е~-~~ ~-~-?.~~r_ия_ r-•a _:__ __ --··~--•-" ·"' --·- -· +'- .•··--···- . Q 11 оет а нпn х , ·г е мп ера'r у р у rr лпв л (~ JI11 • стоя JI 1{ .:;' ., ' . . ,, , 11 " • . ,,· п е, ~~ия ' плотно сть, т е пл о - и :)JH~I<'I' J>ori 1HJl!fJ J 1 ·· •J, Т\'Р\1 1\ • р~,с~норнмость и т. д. На прим е р , в одн --- . ~) 'I' r> fJP(:r/ 1.' Жllдкость, которая заме~зает п~и О ''С, ,, 11 111;:; " 11 100 ос её плотность 1 г /см (при 4 С) , это в е , rr p( ...1 f r хо пр оводит тепло и не проводит электрнтr r.r•~,, l Hf.. ··... ', Сахар - твёрдое, хрупкое вещество белого ц в ета ,( ·.·:_ кое на вкус, прекрасно растворимое в воде, е го те, · •.. ос .vrnr,, . тура плавления равна 185 а плотност ь 1, 5g г с:ч -~ ... ·· I Такие физические своиства веществ, ка к цв ет ., , V , J J J ~ J , , , н ',('. пах, определяют непосредственным наблюдени е:.r, гrr,- этому их трудно описать точно. Бол ее тог о, нepe.1 r: i V цвет вещества зависит от условии. Так , в се в ещ еств с1. кажущиеся нам бесцветными , например лёд, пр и rr. . 1 • ,\,.-.1,. '' ~ J,".; ~ '. ~к . ,~. .t , .• ~ k~ ~ ~ ◄~ ' ,,•:-. ~~ - ~ Агрегатные состояния вещества это тот же мельчении становятся белыми. Ведь снег лёд, но состоящий из отдельных кристалликов, снежи нок (рис. 1). Те физические свойства веществ, которые легко из мерить, ность, - температуры плавления и кипения, плот и тепло- электропроводность - приведены в справочниках. Вопросы и задания 1. 2. Что называют веществом? Приведите примеры веществ. Выпишите из перечня названия веществ: дерево, древесина, железо, гвоздь, ваза, стекло, сахар, лёд, льдина, проволока, медь, нож, сталь, ртуть, термометр. 3. Какие свойства веществ относят к физическим? 4. Опишите физические свойства следующих веществ: а) алюми ния; б) полиэтилена; в) поваренной соли; г) уксусной кислоты; д) углекислого газа. - ацетилсалициловая кисло 5. Химическое название аспирина 6. та. Какие свойства этого вещества вам известны? Используя справочные данные, сравните физические свойства двух веществ - алюминия и меди. 1 D Агрегатные состояния вещества Каждое вещество может существовать в трёх основ ных агрегатных состояниях - твердом, жидком и газо образном. Переходы между ними происходят при изме нении температуры и давления. При высокой темпера туре и низком давлении вещества существуют в виде газов, а при низкой температуре - в твёрдом состоянии. Например, когда столбик термометра опускается ниже нулевой отметки, вода превращается в лёд. Иными сло вами, происходит процесс кристаллизации - переход вещества из жидкого состояния в твёрдое. Ртуть - жид кий металл при комнатной температуре, кристаллизу ется при -39 °С. Понижая температуру и повышая дав ление, можно любое вещество перевести в твёрдое со стояние. Именно так получают, например, твёрдый углекислый газ, известный под названием <<сухой лёд>>. Попадая в воду, кусочки <<сухого льда» тают буквально 7 r.. .. 1. ПЕРВО НАЧАЛЬНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ - - - - - - - - - -- - -- -- -- ПОНЯТИЯ - на глазах . Причина эт ого проста - оказываетс я нео б ыч да} " 1 ~- .. v "'е Х(.) rrc аино теплои дл.я <ссу · >;~"нн температура не прев 111 ) ышает - 79 °С) и . хог 0 .11ъJ1,н •> ( 11•1 т. е . переходит из тв .. O lI Воз 1•1 r ердого состо.яни.я' в газ rо нн t .. ,, ' Когда говорят о вещест 00 5 · r: н вах в газо обр нии, иногда поми Разн ор азном мо термина <<газ ►> исnоль сос•го н ·· tпар•. п аром называ ' ют газ, образовавшии 3 УIОт u ~ CJ1 oн cJ .. рении тв ердого или жидк ого вещества. Та с.я nри I1сn ё\всегда присутству u ет есцветныи и незаметнк, в во з д ух~ б за водяной пар, он обусловл Пар, выделяющииv ся при ки u ивает влажносьт~и для ГJi aь во з д Уха. стоит не только из газообра пении воды в чай зной воды, но и из ни :ке , со .. ных ее капелек, о б разующ кро w еч логично возникает туман. ихся при конденсаци А и. на~ · Воnросы и задани я -: ~ ' 1 . Приведите примеры веще ст туре находятся а) твёрдом; в, которые при комнат в следующем аг ной темп ера регатном состоя б) жидком; нии: в) газообразном. 2. Какое вещество прис утствует на Земле во всех трёх агрегатны х состояниях? 3. Сравните свойства во свойства меняются 4. ния к другому? ды в твёрдом и жидк при переходе от од ом состояния х. К аки ного агрегатного сос е тоя Какие вещества кр оме воды могут из менять свои агрега тны е со стояния? Приведит е примеры из ок ружающего мира или из школьной ла боратории. • 5. Можно ли раствор пова ренн ой соли в воде считат состоянием соли? ь агрегатн ым 1 D работа в химической лаборатории Для работы с вещест вами химики исполь зуют сn е_ осте"ишие опыты пр водят в пр 0 о ноrо циалъную посуду. Пр бирках - стеклянных труб ках, заплавленных с од v е конца. Если необходимо нагревание, пробирку n 01 1 щают в специальный держ атель. В любой химической ла стаканы, а также колбы - боратории есть хи ми чес ки е сно.в в сосуды с щироким: ~, I< ttн нием и узким горлышком 0 (рис. 2) . Колбы быва 10 8 · а Работа в химнческо й лаборатории а.л Вода ~а>) ( его Iлетс .}! Ioe. ' ~ОС'ГО.}! r слоnо r исuа :>здухе rл гла - 3дУха . <е, со оmеч - • Ана- мпера - атных Какие )СТОЯ - ыесо ли из тным а) б) в) г) Рис . 2. Химическая посуда из стекла: хим ический стака н (а) , колбы - коническая (б), плоскодонная (в), круглодонн а я ( г ) ческие, плоскодонные и круглодонные. Чтобы пробир ки и колбы можно было нагревать на открытом пламе ни, -их делают из огнеупорного тонкого стекла. Такие тонкостенные сосуды разбить гораздо легче, чем тол стостенные, которыми вы привыкли пользоваться в бы ту, поэтому и обращаться с ними следует аккуратнее. Многие химические опыты проводят при нагрева нии. Наиболее эффективно нагревание на газовой го релке. В простейшей из горелок горелке Бунзена (рис. 3, а) природный газ смешивается в специаль ной камере - смесителе 1 с воздухом, количество кото рого регулируется заслонкой 2. Газ, смешанный с воз духом, сгорает несветящимся голубоватым пламенем, температура которого в верхней части достигает 1550 °С. Примерно такую же температуру даёт и горел а) спе !J,РО !ОГО >ме- Р-.с. 3. Газовые горелки: а - Бунзена (1 - смеситель, 2- заслонка, 3 - трубка для подачи газа); )ва- б- Теклю (1 - смеситель, 2 - винт, 3 - трубка 1ни- для подачи газа , 4 - · кие кольцо) 9 rnaaa 1. ПЕ РВОНАЧАЛЬНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ 155о ·с ' "I 1570"C t ~ зsо ·с ---------- ка Теклю (рис. 3 \ 900 ·с Ь 1200 ·с ' 350 ·с ; 6 в отличие от бунз3~Ii) . Ona., горелки, снабжен о:вс!<ой альным винтом 2 а сnец 1:1> ' Peгy.rr1!рующим подачу газа ризонтальным :коль ' n Гo · цolVI 4 для регулирования nрnтока воздуха, что nозв а) б) Рис. 4. Строение пламени: а - газовой горелки; б- спиртовки 0 регулировать пламя. л.я:ет В школьных лаборато риях наиболее распрост ранены спиртовые горел ки, или спиртовки (см рис. 121 ). В них горит эти~ ловый спирт. Пламя спиртовой горелки более холод- ное, чем газовой, - температура самой гор ячей зоны не превышает 120 0 °С. Если вы внимательно посмотрите на пламя, то заме тите в нём несколько зон, различающ ихся по окраске (рис. 4). Во внутренней части пламени 1 воздух лишь смешивается с газом или парами спирта, там ещё нет 1 горения. Средняя, светящаяся часть пла мени 2 это зона неполного сгорания топлива. Темпер атура пламе ни в ней не превышает 500 °С. Наиболее горячей явля ется внешняя часть пламени 3, она поч ти бесцветна. Именно здесь происходит полное сгор ание топлива до углекислого газа и воды. В эту зону и нужно помещать нагреваемый предмет. Правда, даже здес ь его никогда не удастся нагреть до температуры самого пламени. На пример, температура нагреваемой на газо вой горе пробирки с веществом не превышает 600 °С, она находится в самой горячей зоне пла лке даже если мени. Чем крупнее предмет, внесённый в пламя, тем ниж е температура, до которой его удаётся нагреть. Это объя с няется тем, что при нагревании поверхность предмет~ начинает излучать тепло рассеивая его в окружаrощеи ' и газовой горелки можIIоасреде. н апример, в пламен подплавить кончик тонкой медной проволоки (темnеР _ остаточ тура плавления меди 108 3 °С), но его теп ла нед но для расплавления медной пластинки. 10 Работа в химической лаборатории Горючие жидкости (спирт, ацетон, бензин) нельзя нагревать на открытом пламени. Для этого используют электрические плитки с закрытой спиралью. С другим лабораторным оборудованием вы познако митесь при выполнении практической работы 1. Лабораторный оnь1т .1. Изучение свойств веществ Ознакомьтесь с выданными вам веществами. Определите, в каком аг регатном состоянии они находятся. их цвет, Опишите отметь запах, те наличие или отсутствие блеска. В школьной лаборатории нет воз можности определить заключение му об и тепло- этих веществ, поэто основании своего электропроводность свойствах на сделайте жизненного опыта или спросите об этом учителя. Значения плотнос ти, плавления температур и кипения веществ найдите в справочнике. Проверьте, растворимы ли выданные вам вещества в воде. Для этого по местите несколько кристалликов или небольшой кусочек (размером с пол горошины) твёрдого вещества в пробирку, прилейте немного воды и пере мешайте. Для исследования растворимости жидкого вещества достаточно 3 объёма примерно 1 мл (1 мл = 1 см ), это соответствует слою жидкости в пробирке толщиной с палец. По результатам наблюдений заполните таблицу 1. Табпица 1 Свойства веществ Физические свойства Веще- Агре- ство гатное Рас- Цвет j 3апах Блеск состоя- твори- 1 ность, масть г/ см 3 в воде ние Темпе- Темпе- Плот- ратура ратура плавле- кипе- ния, 0 С ния, 0 С 1 1 1 1 1 1 1 Воnросы II эадани• 1. Какую посуду используют в химических лабораториях? Приве дите несколько примеров. 2. Чем химический стакан отличается от стакана из школьной столовой? 11 rna■ a 1. . ПЕ РВОНАЧАЛЬНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ Какие нагревател~ 3. ' Ie IIpи5 пользуют в химичес1<их 0 Рьт I1сриях? Jiаб оРа то- 4 . Почему температура наг предмета всегда меныuе тРев аеNrог ры пламени? 0 5. Если во внутреннюю ча емu ерату- сть IlJia парафиновой свечи внести NrelI I-I ди:н I<o.. из другого ее конца буд Рис. 5) т ут ' о , нец стеклянной трубки ( Рис. 5 . Горение паров O пары парафина, которые мовых оди парафина, отведённых явление? из внутренней зоны ть к ак объяснить наб Ж:но noд- жечь. людаемое пламени свечи В СВО&ОДНОЕ BP EM II Дома изучите строение пла мени свечи. Нарисуйте пла мя кр а сками или цветными каранд ',' ашами. Тёмная зона вокруг Фити ля является низкотемператур ной, там происходит испаре ние парафина. Если вы задуете све чу, то почувствуете запах его па ров. Зат ем расположена ярко-жёлтая часть пламени - это зон а на с образованием углекисло го га за и мельчайших частиц саж и, которые, раскаляясь доб ела, частичного сгорания парафи придают ему окраску. Темпер атура в этой зоне составляе т при голубая кайм а здесь происходит полное сгорание паров парафина. Эта часть мерно 100 0 °С. Снаружи пламени заметна пламени наиболее горячая. внесите в среднюю часть Чтобы убедиться в этом на пламени свечи лучинку, ризонтально . Запишите, в опыте, держа е ё го каких местах лучинка нач нёт обуг ливаться быстрее. Нарисуйте лучинку после опыта. Ш Индивидуальные вещества и смеси веществ Большинство объектов, кото рые нас окружают, с о стоят не из одного вещества а .., ме пр ' к едставляют со б ои снит си нескольких веществ. Та рассматривая гра ' (рис. 6, а), легко заметить в нё м три составные част и -_ розовые зёрна полевого шпата, прозрачн ки кварца и тёмные блестящи ые крист ал;: е чешуйки слюды, пример неоднородной смеси. Мрамор 12 , в противополо 0 $ - • Индивидуальны е в е щест ва и см еси в е ществ ае:мого rера ту - : а :м е n11: и:а I<o- 5 ), то : од 11:ть оuод ае:мое Рис" 6. Смеси под микроскопом: а - ность граниту, однороден - гранит; б - молоко это чистое вещество . Каза лось бы, логично предположить: всё, что кажется нам - ра однородным, т. е. состоящим из одинаковых частей, ти 11истые вещества. Однако это не так. Бывают и однород - rие ьiе смеси [lа- '· ~сь, настолько малы, что неразличимы невооружён- 1 на 11ым глазом. ra- · Растворим в стакане воды одну- две чайные ложки ra , х:арного песка. Приготовленный раствор представля . собой бесцветную прозрачную жидкость, и наличие ~ и- , ·нём сахара можно доказать лишь эксперименталь ть м путём. (Запомните, что в химической лаборато и пробовать вещества на вкус нельзя!) Чай, кофе, о .j&ока-кола и другие напитки представляют собой вод г- :о растворы. В них частицы, образующие е растворы многих соединений. Молоко тоже кажет . . однородной жидкостью, но под микроскопом в нём '1дны мелкие капельки жира и белков, которые плава .т в воде с растворёнными в ней минеральными солями ,W,ис. 6, б). Как можно отличить чистое вещество от смеси? .Црежде всего надо иметь в виду, что чистое вещество ' ~егда однородно, так что даже при сильном увеличении ставляющие его кристаллики или крупинки выгля- : е . т одинаково. Правда, таким образом невозможно от- ;,rт личить чистое вещество от однородной смеси. В этом aro случае на помощь приходит физика. Дело в том, что чис тые вещества, в отличие от большинства смесей, плавятся и кипят при определённой температуре. к- 13 rпоаа 1. ПЕРВ ОНАЧАЛ ЬН ЫЕ Х ИМ И ЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ - Твёрдое вещество можно отличить от смеси его плавление. Положим в стакан немного ' 1--Ia_5JJ 101,. , с неrа ,<1,1 п тим в него термометр. ока весь снег не р 11 orr Yr· столбик термометра 6удет стоять на отметь-ас nлав 11 'гс~. << Ro ' это и есть температура плавления вещества L\.e С л ь >> ---. · Rer - 'lН с) поэтому он плавится при тое вещество (вода, ной температуре. Парафин, говяжий жир и nocтo l"lli.. не котор однородным ьrе И , Ro плавление происходит в интервале темnерату их u р о начинают плавиться при однои температуре а II11 другие твердые смеси кажутся ' I1ко 0JIIIo стью жидкими становятся при другой, более высо " · 11 'Узнать, чистая ли жидкость, можно, наблю · u •• Б дая за температурои ее кипения). удем( нагревать в кол б е чи с - тую (дистиллированную воду рис. 7). Колба з а:кр б ь1та резиновои про кои с двумя отверстиями: в одно из них u u вставлен термометр, а в другое - короткая стеклян на трубка, через которую из колбы может выходить паря Без такого выхода из системы обойтись нельзя , инач~ образующийся при нагревании водяной пар своим давлением выбьет про бку или разорвёт колбу. П ри нагревании - . .• 1~ ~ ~ воды те мпе- ратура сначала ме дл ен но повышается. закипит, Когда вода столбик термо метра остановится на о п ределённой отметке (п ри мерно 100 ° С) и будет оставаться в этом пол о же нии, ни как бы сильно мы нагревали воду . Та кую температуру назыв а ют температурой ки пе ния вещества. Можно провести ан а логичный опыт с нефтью, заменив спиртовку эле кт рической Рис. 7. Определение температу ры к ипения жидкости 14 плиткои с крытои спира лью u u - за- в ед ь нефть горюча. Темпера ту- Разделение смесей ;a.Ji У-с- ра будет плавно повышаться, даже когда нефть ки пит. В отличие от воды, нефть - смесь многих веществ rc- ния. и поэтому не имеет постоянной температуры кипе ll- >le fX r» о- ~а -~ Воnросы и задами ■ ,, _ ~-. ... .J,:т А ,.1- 1. Из приведённого списка выпишите отдельно чистые вещества, однородные смеси и неоднородные смеси: поваренная соль, рас твор поваренной соли в воде, кровь, вода, раствор медного купо роса, сода, зубная паста, крахмал, золото, зола, цемент. 2. Пользуясь информационными источниками, установите, из ка ких веществ состоят следующие смеси: воздух, минеральная 'а х вода, жидкое мыло. *3. Предположите, какими физическими свойствами смесь двух веществ может отличаться от свойств чистых веществ. я ) . е ,_ ' у 1: ) l 1D Разделение смесей Вещества, входящие в состав сме си, сохраняют в ней свои индивиду альные свойства. На этом основаны лабораторные и промышленные спо собы очистки веществ, т. е. разделе ние смесей на чистые вещества. Отстаивание применяют для раз деления неоднородной нерастворимых смеси двух веществ, обладаю щих различной плотностью. Смесь помещают в воду и Е-Q,) со ~ Q,) верхности или оказывается равно .. о Частицы вещества с большей плот другое вещество собирается на по ... Q,) :t: пенно оседают на дно, в то время как • с,) встряхивают. ностью, т. е. более тяжёлые, посте .. о с,) ~ ! ~ мерно распределённым в толще во ды (рис. 8). С осевшего на дно осадка аккуратно, по стеклянной палочке Рис. 8. Разделение смеси речного сливают жидкость. Этот способ ис песка и угля пользуют для очистки речного песка отстаивание м 15 Г:~ к'tf • ш~ - __ 1h~НЬ~IЕ~Х~ИМ~И:_Ч~ЕС=К:_И_Е_ПО_Н_Я_ТИ_Я_ 1 а•11 • rп ПЕРВОНАЧАЛ~ ! крист a.lIJI.и - .ка от раствора. деляли Раньше так вы пл ·i 111 j}i' 111 • 1 fl ! J 1I 1 liз u u J I.' та крупинки золо 3 олотоносньrй 11е. ы д о р о п . и ды ото.к во оносно б n мельч..еннои.. золот по которому rr Ус, о л е ж и ы н н з акло ся по t f д ь двустхи, удобно Смесот но 1' J я тяжелого ля отделени но различаю и ь л и с , в т с е щ е в х ды Jс_л черещзIiee а к с у п чес.кого осад твёр о р п , ь т я л е д з а р oт приме , ; си глины, _ _ _ __ •• ли на н и ал и Унос.ил в ы т а в х д о п ы д :ок во струю воды. П~ лота оседал.и со.к nомеща .кали рупинки зо на яжелые к р оду а т , пустую по вух кже смеси д а т т ю я л е д з м ра днежёлоба. нес:ме- ы и бензина Отстаивание например вод ся жид.костей, ~ ет слой на её по у з а р б о и е д о в рим в дели Бензин нераство переносят в шивающих я верхности. Дл ды смесь отделения во нку - тельную воро на .конце кую цилиндричес й гра вления чётко авшись поя (рис. 9). Дожд ткрывают ми, .кран о у слоя ном трубку с кра :кры и держат от ли рь в де я вода. Тепе с в т е ч е т ы в по.ка не тым до тех пор, ензин. лся чистый б а т с о е к н о р о тельной в ницы межд ir } ( Рг... 1 .. - лr~J ·- ( 1 J1 1 Рис. 9. Разделе ние смеси двух несмепrиваю тей хсл жидкос в делительно~и и воронке 16 ciia ание Рис. 1 О. Фильтров Разделение смесей Фильтрование позволяет очистить жидкость от не растворимых в ней веществ и заключается в пропуска нии смеси через пористую (фильтровальную) бумагу. Жидкость просачивается через бумагу, а частички не растворимых примесей задерживаются на ней. В лабо ратории для фильтрования используют стеклянную во - сложенный вчет веро круг фильтровальной бумаги. Фильтровальная ровку, в которую вставлен фильтр бумага, в отличие от обычной, не содержит клеящих ве ществ, поэтому легко впитывает и пропускает жид кость. Размер пор в ней таков, что позволяет отделять от раствора частицы размером больше О, 01 мм. Смесь наливают в воронку с фильтром по стеклян ной палочке (рис. 10). Для ускорения фильтрования стакан, в котором собирается раствор, прошедший че рез фильтр (его называют фильтратом), ставят так, чтобы жидкость не капала, а равномерно стекала по стенке сосуда. Фильтрованием легко очистить воду или раствор от попавших туда пылинок и других загрязнений, а так же отделить осадок от раствора. В промышленности в качестве фильтров часто ис пользуют ткани. Например, на маслобойных заводах измельчённые семена подсолнечника оборачивают плотной суконной тканью и сжимают между стальны ми плитами. Растительное масло проходит через ткань, а внутри остаётся твёрдая масса Лабораторный опыт 2. жмых. Раздеnение смеси Приготовьте смесь железа и серы или yrлsi и речного песка, тщательно сме wав в1t1Данные вам вещества стеклs~нной палочкой на листе бумаги. Опи wите цвет смеси. Аккуратно высыпьте смесь в пробирку с водой и переме wайте. Какое вещество тонет, а какое всплывает? Через несколько минут слейте жидкость с плавающим на её поверхности веществом в чистую про бирку. Отфильтруйте оба вещества и сдайте их учителю. Какие спосо бw разде.лениs~ смесей вы использовали, На каких свойствах веществ они осноааныi Выпаривание используют для выделения твёрдых ве ществ из растворов. Эту операцию проводят, нагревая раствор в фарфоровой чашке (рис. 11). Во избежание 17 r пава ЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ 1. ПЕ РВОНАЧАЛЬН интенсивного у,.и ц пен и б рызгиванил жи ~ 11 Раз твор постоянно перем 11 Расд:ко ст стеклянной палоч:ко ~I1I11в а10'Г вся вода испарит ся ,и. На:Коr,ца ф ар ф оравой чаlII:ки ос . дlie чистое вещество в в тае'Гс я крупные кристаллы 11'Гь Мелких кристаллов. Ч тобьиr деnолу ч воду вь1паривают ЛИlIIь части' чн о а Рис. 11. Выпаривание раствора ство тем раствор оставляю т о; :за- :кры тым в течение длит ельно rо времени. Вода медленн о испа ряется, и растворённо е веще ов. Такой cn _ выделяется в виде крупны~ кристалл 0 соб называют кристаллизациеи. Сочетан1:_е фильтрования с выпариванием или крис таллизациеи позволяет разделить смесь двух вещ еств , воде, а другое одно из которых растворимо в Существуют и более сложные способы разделен _ нет . ия сме ь позднее . сей. С некоторыми из них вы познакомитес Воnросы и эадани11 · ··.,· .·_ - : ~ · 1. Какие способы разделения смесей вы знаете? Что лежи 2. 3. т в осно ве каждого способа? :Как правильно провести фильтрование? х смесе й : а) речного Предложите способы разделения следующи ительного ма сл а и в оды; песка и пробковых опилок; б) раст в) медного купороса и серы; г) крахмала и сахара ; д) речного ? песка и сахара; е) керосина и воды. анием. 4. Почему не удаётся выделить жир из молока фильтров 5. Как это можно сделать? и же_ смесь серы ь елит разд но ктив эффе и ро быст о можн Как из этих в е u ство одноr O лезных опилок? Какое физическое свои ществ позволяет использовать такой способ разделе ? ния смеси. ой селитры (ве· .. это ин 6 • ч ерны и порох состоит из угля, серы и кали азать что Т1' ' . .I\,ак док щество, хорошо растворимое в воде) . , Б ет лн смесь? обко?и. Уд 7 • Н а рисунке 9 делительная воронка закрыта пр u u му · выливаться жидкость, если открыть кран? Поче 8 . Заполните таблицу 2. 18 Физические и химические явления Способы разделения смесей Смесь Табnица 2 Пример смеси Способы разделения Однородная Неоднородная 1D Физические и химические явления Мир был бы скучным и однообразным, если бы в нём не происходили изменения. Кипение воды в кастрюле, горение свечи, движение поезда - всё это примеры процессов, происходящих в материальном мире, или, иначе, явлений. Явления, происходящие с вещества ми, условно подразделяют на физические и химиче ские. Процессы, при которых изменяется форма пред мета или агрегатное состояние вещества, но не меня ется его состав, называют физическими, их изучают в курсе физики. Проведём простой опыт. На дно большого химиче ского стакана нальём немного этилового спирта и нагре ем его на электрической плитке (рис. 12). Когда жид кость закипит и весь стакан заполнится парами спир та, невидимыми, но легко узнаваемыми по характерно му запаху, поставим на него фарфоровую чашку со льдом. В верхней ~асти стакана тут же образуется туман, который постепенно начинает t конден сироваться в капли жидкости. Мы наблюдали процессы ис парения и конденсации спир та. Это физические явления, их можно раз, используя одну и ту же повторять много о порцию спирта. Образование Рис. льда при замерзании рек, про- денсация этилового спирта 12. Испарен ие и кон - 19 rna ■ a 1. ПЕР В ОНАЧ АЛЬНЫ Е Х ИМИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ ка'rка ал юмини ~вой фольги , перем:шивание раствора, отли в ка и зделии из к амня - расплавленнои стали, дробление ~ 1 всё это физические процессы. Многие явления сопровождаются превращением од ни х веществ в другие с новыми свойствами. Вернёмся к опыту со спиртом. Перельём спирт в сухую фарфоро вую чашку и подожжём. Он сгорает сине-фиолетовым пламенем с выделением большого количества теплоты. Спирт вступил во взаимодействие с кислородом возду ха и превратился в воду и углекислый газ. Нагреем в пробирке кусочек сахара. Сначала он пла вится (физическое явление), а затем начинает разла становится бурым, на стенках пробирки обра зуются капли жидкости, появляется едкий запах. При гаться - дальнейшем нагревании сахар превращается в чёрную аморфную массу. Это уголь. примеры Горение спирта и обугливание сахара химичесн:их явлений. Обычно их называют химичесн:и ми реан:циями или химическими превращениями. О ве ществах, вступающих в химическую реакцию, говорят, что они реагируют, взаимодействуют между собой (спирт реагирует с кислородом воздуха), или одни ве щества превращаются в другие (сахар превращается в уголь). В процессе химической реакции образуются новые вещества с новыми свойствами - цветом, вкусом, запа хом. Так, о прокисании молока можно судить по изме нению его вн:уса, а о пригорании жирной пищи явлению неприятного запаха продукта - по по разложения акролеина. Если получается вещество, плохо растворимое в воде, то о протекании химической реак жиров - ции свидетельствует образование осадн:а. Так, при про пускании углекислого газа через известковую воду вы падает белый осадок мела. Вь~деление газа тоже часто свидете~ьствует о химическом превращении: гашение пищевои соды уксусом или лимонной кислотой сопро вожда~тся характерным шипением - образуется угле кислыи газ. Эту реакцию используют при выпечке хле ба - благодаря выделению углекислого газа тесто под нимается, становится более рыхлым. t-----2_0__ • 1 j Физические и химические явления Химическая реакция между содой и кислотой лежит в основе действия кислотных огнетушителей (рис. 13). Металлический Колба с кислотой корпус такого огнетушите ля наполнен раствором со ды. У самого его горлышка помещена стеклянная кол Раствор соды с пено образователем ба с кислотой. Чтобы при вести огнетушитель в дей ствие, необходимо повер нуть рычаг и перевернуть огнетушитель вверх дном. При этом откроется кла пан, и кислота смешается с раствором соды. Начнётся- химическая реакция, сопровождающаяся обра- зованием углекислого га- Рис. 13. Кислотный огнетушитель в действии за. Газ выделяется под вы- соким давлением, захватывая с собой часть раствора и образуя пену. Отработанный огнетушитель вновь заря жают раствором соды и помещают в него новую колбу с кислотой. Часто о химическом превращении свидетельствует изменение окраски. Прильём к раствору перманганата калия (в быту называемого марганцовкой), подкислен ному серной кислотой, перекись водорода. Фиолетовая окраска перманганата калия исчезает, раствор стано вится бесцветным, наблюдается появление пузырьков газа. Многие химические реакции, например реакции горения, сопровождаются выделением энергии, обычно в форме теплоты и света (вспомните горение природ ного газа метана в газовой плите). Некоторые химиче ские процессы сопровождаются, наоборот, поглощени ем энергии. Изменение окраски, появление запаха, образование газа, выпадение энергии - осадка, выделение или поглощение это признаки, по которым можно судить 21 r"a■a 1. ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ о протекани п хи м ическ о й реакции, о превращении од них в е щ ест в в др у г ие . С во йств а , которые проявляют вещества при химиче ских превращениях, называют химическими. Их изу ч ен и е 1 1 с - одна из основных задач химии. Х11мия - это наука о веществах, их свойст11ах • вза11Мных превращениях . В начале параграфа мы разделили все процессы на физические и химические. Однако лишь простейшие явления можно однозначно отнести к той или другой группе. Более сложные процессы состоят из множества отдельных явлений Лабораторный опыт 3. физических и химических. Физические явления и химические реакции 1. Нагрейте в фарфоровой чашке кусочек парафина. Что вы наблюдаетеf Как только парафин превратится в жидкость, погасите спиртовку. Что происходит с расплавленным парафином? Изменились ли свойства парафина? Какое это явление? 2. Поместите в пробирку немного сахарного песка и нагрейте в пламени спиртовки. Что вы наблюдаете? По каким признакам можно судить о протекании химической реакции? Э. Прилейте к раствору соды раствор хлорида кальция. Что вы наблюдаете? 4. К осадку, образовавшемуся в предыдущем опыте, добавьте сол11ную кислоту. Что вы наблюдаете? Внесите в пробирку rор11щую лучинку, не дотрагиваясь ею до жидкости. Что произошло с лучинкой? Об оброэо вании какого газа это свидетельствует? 5. Налейте в пробирку раствор медного купороса. Добавьте к нему нашатырный спирт (раствор аммиака). Что вы наблюдаете? Но основанин проведённых опытов сделайте вывод о том, чем физические явления отлнчаются от химических реакций. Перечислите признаки хими ческих реакций . Какие условия необходимы для того, чтобы про изошла химическая реакция? Далеко не всегда хими ческое взаимодействие начинается сразу же после сме шивания двух веществ. Для проведения многих хими ческих реакций требуется нагревание. \ 1 22 .,)о,------ Физические и химические явления Примером может служить взаимодействие железа с серой. Приготовим смесь порошка серы и железных опилок. Такую смесь можно хранить длительное вре мя , пе опасаясь того, что вещества вступят в реакцию ме жд у собой (рис. 14, а). Положим смесь в пробирку и аккурат но нагреем её в пламени горелки. Через некоторое время смесь начинает раскаляться (рис. 14, 6). Прекрати м на гревание. Смесь по-прежнему раскаляется, это св иде тельствует о том, что между серой и железом протекает химическая реакция. Когда пробирка остынет, из неё можно извлечь серое вещество - сульфид железа. Некоторые реакции протекают под действием света. Свет необходим для фотосинтеза - сложной цеп и х и мических превращений, в результате которых зелёные растения поглощают углекислый газ, образуют глюко зу и выделяют кислород. Многие вещества способны разлагаться под действием электрического ток а . Из вестны неустойчивые вещества, разлагающиеся от тре ния или при ударе. . Воnросы и задания . 1. -· Что понимают под физическим явлением , химич еской реак цией? 2. Перечислите признаки химических реакций . Пр иведит е при меры. 3. Какие явления из перечисленных ниже относят ся к физиче ским, а какие - к химическим: а) обр аз о в ание и н ея на де ревьях; б) испарение этилового спирта; в) гор ение с в еч и; г ) вы тягивание медной проволоки; д) пожелт ен ие лист вы де рев ьев; а) б) в) Рис. 14. Взаимодействие железа с серой : а - исходная смесь; б - реакция идёт при нагревании; в - продукт реакции - сульфид железа 23 r.a■a 1. ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ понятия е) плавление алюминия; ж) таяние снега; з) прогоркание масла; и) взрыв петарды; к) кристаллизация со.ли; л) отбе.ливавие тка ни; м:) ржавление лезвия ножа; н) очистка лезвия ножа от ржав чины наждачной бумагой? По каким: признакам вы отличили химические явления? Приведите примеры физических явлений, сопровождающихся: * 4. а) выделением: энергии; б) изменением: окраски. * 5. При разбавлении раствора перманганата калия окраска раство ра меняется. Как вы считаете, можно ли говорить о том, что 6. имело место химическое явление? Приведите примеры химических реакций, протекающих: а) при нагревании; б) под действием: света. 7. Что изучает химия? 1D Атомы. Химические элементы Как вы уже знаете из курса физики, весь матери альный мир состоит из атомов. В настоящее время дос товерно известно 118 видов атомов, отличающихся друг от друга строением, а также размерами и массами (рис. 15). Из них более 20 видов атомов получены искусственно они неустойчивы и Углерод с 8 распадаются на другие атомы. Сиитез новых видов атомов продолжа Водород н о Азот N о Кислород о о Фосфор р о имеет название и символ Сера s () Фтор F о ное обозначение в виде одной или двух букв, взятых из его латинско Хлор Cl ~ Бром Br о Иод I Кремний Si о Рис. 15. Модели атомов разных видов 24 ется и в настоящее время. Атомы определённого вида при нято называть химическим элемен том. Каждый химический элемент - услов го названия. Так, химический эле мент водород обозначают символом Н- по первой букве его латинского названия Hydrogenium, азот (Nitro- genium) обозначают символом N, фосфор (Phosphorus) Р, хлор (Chlorum) - Cl. Часто русское на звание химического элемента не совпадает с латинским. Русские и Атомы. Химические элементы -------------- -----.:....:.:.. :...=..:::=--: .:~~ латинские названия, а также символы химических эле ментов, которые вам надо выучить в первую очередь, приведены в таблице 3. Нu.isuи• • e11м■onw Х11М11ческих зnементов Г Русское вазвавие Латинское Сим- название вол Nitrogenium АJПомияий Aluminium Astar Произношение Относительная в формуле N Al эн алюминий Варий Вarium Ва барий Вор Вorum в бор Водород н аш Fe Au 1 феррум к калий Са кальций о о Серебро Hydrogenium Ferrum Aurum lodum Kalium Calcium Oxygenium Silicium Magnesium Manganum Cuprum Arsenicum Natrium Stannum Hydrargyrum Plumbum· Sulfur Argentum Ag Vr.иерод CarЬoneum с це Фосфор Phosphorus Fluorum Chlorum Zincum р пэ F Cl Zn фтор Железо Зоиото Иод Ха.пий Капьций Кислород Кремний Маrвий: Марганец .Медь ~1,,ППЫIК Ватрий О.Вово Р,-уть Свввец Сера th)p XJrop Ц111Пt Табnица 3 аурум ИОД , Si Mg Mn марганец Си купрум As Na Sn Hg арсеникум гидраргирум РЬ плюмбум s эс силициум магний натрий станнум , аргентум хлор цинк атомная масса 14 27 137 11 1 56 197 127 39 40 16 28 24 55 64 75 23 119 201 207 32 108 12 31 19 35,5 65 Русское и латинское названия химического элемен ,а уrлерод (Carboneum С) произошли от слова ~уголь>> . Зо.nото (Aurum Au) и серебро (Argentum Ag) назва25 rnaaa 1. ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ ны по характерному цвету - эти металл ы трудно спу тать с другими. Медь (Cu pru m Cu) получила латинское название от острова Кипр в Средиземн ом море, где в древности были медные рудники. Латинское слово Hyd rarg yru m, обозначающее ртуть (Н~), перево дится как << жидкое серебро ►>: этот металл деиствительно на поминает расплавленное серебро. Назван ия некоторых химических элементов предлагали учёные , открывшие их. Так, названия кислорода и водорода был и введены в науку великим французским химиком Ант уаном Ло раном Лавуазье, жившим во второй полови не XV III в. Слово <<кислород>> (Ox yge nium О) означает «рождаю щий кислоты>>, а <<водород>> (Hy dro gen ium Н) - ~рож дающий воду>>. После водорода гелий Не является са мым распространённым элементом во Вселенной, так, например, Солнце на 10% состоит из гелия отсюда и название элемента (от греч. Hel ios - Солнце). Неко торые химические элементы (уран U, селен Se, непту ний Np, плутоний Pu) названы в честь планет, дру гие - в честь стран (франций Fr и галлий Ga, полоний Ро, стронций Sr, америций Am ). Хим ический элемент рутений Ru назван в честь России. Все известные к настоящему вре мени химичес кие элементы представлены в Пер иодической системе Д. И. Менделеева (см. первый форзац учебника). Каж дый из них имеет свой порядковый ном ер. Физический смысл порядкового номера вы разделов курса химии. узнаете из последующих Ато~ы нельзя разрушить в результате хим реакции, т. е. атомы одного вид ических а не могут превращать ся в атомы другого вида. Так, кислор ся кислородом, а ртуть i - ртутью. од всегда останет Атом - это мельчайшая, химически неделимая час тица вещества. Атомы химических элементов природе, распределены в ней к а... , встречаю щ ихся в Вселенной самый расп Р ин: неравномерно. Во ространенныи химический эле- 26 t 1 - Атомы. Химические элементы Не 6,9% Остальные 0,1 % Не23% Н93 % а) Н75 % б) Рис. 16. Распространённость химических элементов во Вселенной: а - в атомных процентах; б - в массовых процентах мент - водород: на его долю, по современным оценкам, приходится 93% всех атомов Вселенной, т. е. из каж дой тысячи атомов 930 - атомы водорода. Из остав шихся 70 атомов 69 - это атомы гелия - химического элемента, следующего за водородом в Периодической системе. И лишь один атом из тысячи - это атом како го-то из оставшегося набора элементов (рис. 16, а). На рисунке 16, а показана распространённость хи мических элементов · во Вселенной в атомных процен тах. Эту величину рассчитывают, принимая за 100% общее число всех атомов во Вселенной. Если же за 100% принять не общее число атомов, а их общую мас су, то получатся другие значения (в массовых процен тах), так как атомы разных химических элементов от личны по массе (рис. 16, б). На долю самых лёгких ато мов водорода приходится три четверти ( 7 5 % ) массы Вселенной, и чуть меньше четверти (23%) составляет масса атомов гелия. Масса атомов всех других элемен тов составляет лишь около 2 % от массы Вселенной. Распространённость химических элементов в зем :аой коре значительно отличается от их распространён вооти во Вселенной (рис. 1 7). Так, на Земле больше все го атомов более тяжёлых элементов - кислорода и кремния. Именно они, а также алюминий и железо формируют земную кору. Впрочем, и водорода на Земле достаточно - он находится на девятом месте по массе и на втором по числу атомов. 27 r-•a 1. ПЕ f'8 0 НЛЧАЛЫiЬ1 Е ХИМИЧЕСКИЕ понятия Mf,!2% 2%, К Н1 % № 2(1/(1 - - Остальные 4 % - Остальные 1 % СА 3%1 Fe 4%, Н60% Рис. 17 . Распространённость Ри с . химических элементов в земной ских элементов в организме че коре (в массовых процентах) ловека (в атомных процентах) 18. Содержание химиче В организме человека химические элементы также распределены них - очень неравномерно: доля четырех водорода, кислорода, углерода и азота ляет 99 ат.%, (рис. 18). или 95% - из состав массы человеческого тела Воnросы и эад,ани• 1. 2. Дайте определение понятия •химический элемент•. Сколько химических элементов встречается в природе, а сколь ко синтезировано искусственно? 3. Какими символами обозначают следующие химические эле менты: железо, натрий, кальций, хром, алюминий, сера, угле род, кислород, водород, медь, калий, магний, кремний? Най дите эти элементы в Периодической системе и выпишите их порядковые номера. 4. 5. Какой химический элемент имеет порядковый номер 1? Почему атомная и массовая доли водорода во Вселенной не рав ны друг другу? • 6. Найдите в Периодической системе: а) три элемента, названные в честь великих учёных; б) три элемента, названные в честь не бесных тел; в) три элемента, названные в честь стран; г) три з.пе мента, названные в честь мифологических персонажей; д) три элемента, названия которых имеют отношение к России. • 7. Используя обозначения элементов из Периодическо й с нстем ы, состав1>те слова на английском язык е: а) Moscow; б) са гЬоn; в) water; г) reaction. (11ример: слово class можно состt~ онть дву· мя способами: class ""' C-La-S-S, т. е. у глсро;~ · лn нтн11 · се рn - сера, или Cl -A s-S, т. е . хлор - мышын< · сс рu.) 28 11111 кynw . Атомно-молекулярная теорн11 -- -- -- -- -- -- -- __Mone:_ --..:..:_.:.:.==~~~~ Молекулы. Атомно-молекулярная теория число веществ, найденных в природ е или получен ных искусственно, во много раз превышает число из вестных химических элементов. Это объясняется тем, что атомы объединяются с образо ванием более слож ных частиц - молекул. Каждая мол екула состоит из атомов, расположенных отн осител ьно друг друга в оп ределённой последовательности и соединённых хими ческими связями. Например, вода состоит из молекул, образованных двумя атомам и водорода и одним атомом кислорода (рис. 19) . Химически е свойства вещества, т. е. его способность вступать в химические реакции, определяются свойствами отдель ных молекул. 1 Молекула - мельчайшая частица вещества, обл адаю щая его химическими свойст вами и состоящая из ато мов, соедииёииых между собой химическими связями . Зная состав молекулы воды, мож но записать химическую формулу этого вещества Н 2 0. В ней химические элементы обозначены символами . Цифра справа внизу от символа элемента (индекс) обо значает число атомов дан ного элемента, входящих в состав молекулы. Индекс << 1 >> не ставят. Формулу воды читают так: <<ат-два-о>>. Моле кулы водорода, кислорода , азота и хлора состоят из атомов-они имеют формулы Н N 2 ( <<эн-два>> ), С1 2 ( <<аш-два>> ), 0 двух 2 ( <<о-два>>), 2 (<<хлор-два>>). Углекислый газ сос из молекул, в которых ато м углерода связан с двумя тоит мами кислорода (рис. 20) . Фор мула углекислого газа - СО ( <<це-о-д ва>> ). 2 ато Любая молекула содержит стро го определённое число атомов . На рисунках 19 и 20 изображены мод е ли двух- и трёхатомных мол екул. Однако известны и большие моле кулы, состоящие из нескольких со тен, а то и тысяч атомов. Одна из самых сложных (и самых извест - llЫx) - молекула ДНК (дезоксири- Рис. 19. Мод ел ь молекулы воды 29 rпа ■ а 1 . ПЕРВ ОНАЧАЛЬНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ 1 св ~ 1 Рис. 20. Модели молекул водорода , кислорода, азота, хлора, у глекислого газа бонуклеиновой кислоты). Молекулы ДНК могут состо ять из нескольких миллионов атомов. Такие молекулы содержатся в ядрах клеток и отвечают за передачу на следственной информации. Представления о том, что вещества построены из мельчайших частиц - атомов (химически неделимые частицы) и молекул (частицы, состоящие из атомов), составляют атомно-молекулярную теорию. Эта теория служит фундаментом современного научного мировоз зрения, на ней базируются все естественные науки. Её основы были сформулированы в начале XIX в. круп нейшим английским химиком Джоном Дальтоном. • Материя состоит из мельчайших первичных частиц, или атомов. • Атомы неделимы и не могут создаваться и разру шаться. • Все атомы данного химического элемента одина ковы, но отличаются от атомов других химич еских элементов, в частности массой. • Молекулы состоят из определённого числа атомов. • Масса молекулы сумме масс равна составляю щих её атомов. + • При фи зических явлени я х молекулы ► + ся, п ри сохраняют химических - разрушаются. • Рис . 21. Образование воды из водорода и кисл о рода 30 Хим ические реакции за ключаются в нии мол екул но в ы х образова из тех же сам ых ат о м ов , из кот о рых с ост о яли и с х од ны е вещест в а. > Молекулы. Атомно-молекулярная теория Например, вода образу ELEMENТS ется при взаимодействии - двух веществ водорода 0 и кислорода. В результате химической реакции две ф Aiorr молекулы водорода и одна молекула кислорода пре • лы воды (рис. 21). ходе развития дальнейшего науки дополнены, в них изменения. Сейчас извест но, что не все вещества со ® стоят из молекул. В неко веществах связаны друг с атомы другом ~ Q) Iro11 .50 е Liщc 24 ф Gold IJI ([D Soda !8 (v Platina 'Jd были внесены некоторые торых CAr~on Е1Э S,,lpl1uг )J @ Lt"ad 90 ф M1511tSlil ,~ ф Si\ver !? выводы, сделанные Д. Дальтоном, были w., J О Ox_yirr1 J ® Ziнc .56 ~ Pho,piiorus_.9 @ Copptr ,;,f вращаются в две молеку В О Stro11tian /1' s О Ba,ycrs 6, W.' Hydrosrn Potash р Q MmuG' 11/ в бесконечные слои и кар касы. В таком случае мож- Рис. 22. Обозначения атомов, введённые Дальтоном но выделить лишь отдель- ный повторяющийся фрагмент. Веществ немолеку ляр ного строения достаточно много - металлы, алмаз, Даnьтон Джон ( 17 66-1 844) Выдающийся анrлнйскнй химик. Сын ткача нз Кзмберленда. Занимаясь изучением газов ат мосферы, высказал предположение, что раз ные rазы отличаются размерами частиц, ввёл понятие об атомных весах и первые символы элементов (рис. 22). Правда, замысловатые обозначения Дальтона в дальнейшем были за менены привычными нам символами. На лекци ях Даnьтон демонстрировал студентам модели молекул, составленные нз разноцветных дере вяннwх шариков, символизировавших атомы. Такими моделями мы пользуемся до сих пор. Саои 1зrлstды Дальтон изпожил в книге «Новая снсте~~ химической философии». Круг интере сов ученоrо не оrроничивался химией. Так, нм был открыт дефект зрения, зоклю чающнйсst в неспособности различать некоторые цвета . Этот дефект зрения до сих пор называют дальтонизмом, а людей, страдающих им, - дальтониками . 31 ... чАЛьНЫЕ химиЧЕС10'1Е f10H SI ТИi ,,....1. ПЕР_,.,.._.., ,,.. - - - - - - -- - - -- - -- ~ 6) а) /~ :;,..,- l -· ,-,,:; 1, Р,н . 13 Стр<)(' НН (' Н (ЧНУТОр ых в~ 11tе<,- я: а - ж~л ~з.а ; б - к ва рц 8 rрафнт . кварц. с.л юд А. пол е вой u1nnт. мрамор, по варен н ая со.л ь. д.,я них тоже заr нr с ывзют химиче _,ы. но не м оле 1<у .,ы. А нан~ е ньruеrо фр а г:-.1 ентn . Наприм е р. ж еле зо . ские форму повторяющеrос.я к а к н другие металлы , cocтo1 rr н з ато м о в (ри с . 23 . а ) . поэтому наименьший по вторя ю щий ся фрАгм с н т ( стр у кт ур н о.я един11ца) этоrо ве ществ а ато м. Слс довn тел ьн о . формул а железа Fe. Квар ц состо и т нз х11~11ч ес к11 с вя занных атомов крех:в и.я н ки с.1ород а. прич е ~ н а один атом кремни .я приходите.я два ато ~а ки с.1орода (рн с . 23. 6). Формула кварца - Si0 • 2 Во !'14н о гих с~1 учаях п о с вой ствам вещества можно догадатьс я. п острое н о о но из мо ле кул или нет. Сввзи ме ж ду отд е.,ьны~и м ол е ку лами д ост ато чно слабые, по это ~ у д., я ны в е щ ест в ~ оле к ул ярн ого стр ое ния характ ер ни з ки е те ~п е рат уры п ла вления и кипения; такие в ещес.,-ва ч асто лету чи и им е ют за п а х. Так. все газ ы и почт и вс е жид к ост и состо я т и з м олекул . Веu~ества вем о .1е к ул яр в ого стр ое ния обы чн о им е ют вы со к и е темпер а тур ы пл а ВJiе ни я и R ип е ния , т а к к ак ато м ы в них про ч i но с вяз ан ы др уг с др уго м. Так и е вещества т вёрд.ые, н елетуч и е и не и м е ют з а па ха. Та ким образо м, пол ьзу ясь тра д ици о н ной тер мино лог и е й , идуще й от и стоков ато мн о- мол ек ул ярной тео ри и ( м оле к улы состо ят из ато мов и т . д . ), будем пр ини ма ть некото ру ю услов ность и оrр tt н и~ енность так ой термин ол оги и . По х оду дал ьн е йш его и зучени я х и ми и мы бу дем видеть, как уточн ял ис ь полож ени я: атомно мол ек улярной теории. 32 i 1 Закон постоянство состава веществ молекулярного строения воnросы и эадани• .. в чем с уть атомно-молекулярной теории? Каково её значение ? 1. qто такое молекула в рамках атомно-молекулярной теории? 2. П очитайте формулы следующих веществ: С (уголь, алмаз, гра з. Р ) Fe о (магнитный железняк), Na 2 C0 3 (кальцинированная фит)' КNОз (калийная селитра), Н 2 0 2 (пероксид водорода) ' кмnо оода, 4 (перманганат калия, или марганцовка), H 2S04 (серная кислота), NaCl (хлорид натрия, или поваренная соль), СаСО 3 (мел, мрамор, известняк). Какие х~мические элементы входят в состав каждого вещества? Постараитесь запомнить эти формулы. 4. Приведите примеры веществ молекулярного и немолеку лярно- го строения. s. напишите химическую формулу природного газа метана, если известно, что в состав его молекулы входит один ат_ом углерода и четыре атома водорода. 6. Напишите химическую формулу минерала малахита, зная, что на два атома меди в этом соединении приходится один атом углерода, пять атомов кислорода и два атома водорода. 1. Приведите по одному примеру веществ, молекулы которых со стоят из: а) двух атомов одного и того же элемента; б) трёх ато мов и двух элементов; в) пяти атомов и двух элементов; г) пяти атомов и трёх элементов. 8. Предположите, какие из перечисленных веществ имеют моле кулярное строение, а какие немолекулярное: а) кислород; 6) вода; в) сахар; г) алюминий; д) мрамор; е) уксусная кислота. Ответ обоснуйте. 1D Закон постоянства состава веществ молекулярного строения В начале XIX в. французский химик Жозеф Луи Пруст открыл закон постоянства состава. 1 Состав вещества постоянен и не зависит от способа его получения. Например, углекислый газ, полученный сжиганием ~глл или природного газа, при брожении глюкозы или РИ дыхании, имеет один и тот же состав, одну и ту же 1имическую формулу СО 2 и одни и те же свойства. скорбиновая кислота содержащаяся в плодах шипов нс ика и полученная ис~усственно - это одно и то же О~И ' пение. Поэтому многие вещества, которые п е р - :з:з 2 r11aaa 1. ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПОНЯ ~~.:_:..:.:=~~--- - - - - - - - - -- -- -- -ТИЯ в) Рис. 24. Природные Рис. 25. Драгоценные камни: кристаллы сильвина сапфир (а), алмаз (б), александрит (в) воначально выделяли из природног о сырья, теперь получают на химически х производствах, а затем ис пользуют для приготовления лек арств, в пищевой про мышленности, в быту. Они полнос тью идентичны при родным веществам по составу и сво йствам. Именно этим чистые вещества отличаются от сме сей: состав каждого вещества постоянен и может быть выражен химической фор мулой, в то время как смесь может иметь произвольный состав. При этом необходимо отметить, что закон постоян ства состава не является всеобщим, он применим лишь к веществам, состоящим из молеку л. Состав веществ немолекулярного строен ия зачастую зависит от спо соба их получения. Приведём при мер. Хлорид калия KCl (минерал сильвин) образует бесцветные кристал лы, по свойствам напоминающие поваренную соль (хлорид натрия). Однако в природ е изредка встречают ся кристаллы сильвина, имеющие яркую окраску (рис. 24). Окрашенные кристаллы отл ичаются от обыч ных бесцветных лишь тем, что име ют <<дефект>> - в них содержится некоторый избыто к атомов калия, напри мер на 100 атомов хлора приходитс я 105 атомов калия. Формулу окрашенной соли правильнее зап исать K , Cl 1 05 или в общем виде К +xCl. Наличие под обных дефектов, 1 а также небольшого количества атомов примесей обус ловливает неповторимую окраск камней - у многих драгоценных алмаза, сапфира, александрита (рис. 25) этому подобрать два близких по окр трудно, как найти двух похожих 34 . По аске камня тю< же л1одей. di > Классификация веществ . Простые и сложные вещество воnросы и задани• какой состав имеет вода? Зависит ли он от способа её пол уче - 1. ния? Почему вода из водопроводного крана, из колодца и и з мо- ря различается по вкусу? 2 . выпишите вещества , состав которых не зависит от способа их получения: углекислый газ, этиловый спирт, кварц , уксусная кислота, алмаз. (Ш Классификация веществ. Простые и сложные вещества К настоящему времени известно около 120 миллио нов веществ, и это число постоянно возрастает. Для то го чтобы ориентироваться среди такого огромного ко личества веществ, химики разделили их на отдельные составили их классификацию (схема 1). Исследуя новое вещество, учёные не только опреде классы - ляют его состав, но и относят к определенному классу. В первую очередь выясняют, чистое это вещество или смесь. Как вы помните, смеси бывают однородными и неоднородными. Однородную смесь - раствор - по внешнему виду невозможно отличить от чистого веще- Схема 1 Классификация веществ ВЕЩЕСТВА Разделение тв_ _ щ_е_с_ с и,...в~е_ м_е~ _ ва_ _. <;:=================::i '--_с _ч_и_с_т_ы_е_,в"е!!!!!"щ_е_с_т_ - , - смесей Простые Сложные Однородные Неод нор одные вещества вещества смеси смеси Неорганические О рганически е соединения соединения __ (химические соединения) .,..__ Неметаллы _______ Неорганические вещества ) <·з ,,. f1ta■a 1• ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ ства. Используя физические методы (отста:иваg фильтрование, выпаривание и др.), из смеси :Ие, выделить вещества, её образующие. Можзо Чистые вещества по составу подразделяют на тые и сложные. П Прос Простые вещества образованы атомами одного XJntи- 1ческоrо элемента. Например, вещество железо состоит лишь из атомов железа; газ кислород образован молекулами, состоя щими только из атомов кислорода. Обратите внимание на то, что чаще всего простые вещества называют TaR же, как и химические элементы, из атомов которых они образованы. Когда мы говорим о кислороде, содер жащемся в атмосфере Земли, которым дышат все жи вые организмы, мы имеем в виду простое вещество_ газ кислород, состоящий из молекул 0 2 • Говоря же о том, что эти молекулы состоят из двух атомов кисло рода, мы имеем в виду атомы определённого вида, т. е. химический элемент кислород. Интересно, что многие химические элементы обра зуют не одно, а несколько простых веществ. Это явле ние называют аллотропией, а простые вещества, обра зованные одним химическим элементом, - аллотроп ными модификациями. Кислород существует в природе не только в виде молекул 0 , но и в виде трёхатомных 2 молекул 0 • Простое вещество 0 называют озоном. 3 3 Большое количество озона содержится в атмосфере. Несколько аллотропных модификаций образуют угле род (алмаз, графит и др.), фосфор, сера. Простые вещества подразделяют на металлы и неме таллы. Металлы (железо, медь, цинк, олово, серебро, золото, натрий) отличаются от неметаллов характер ным металлическим блеском и ковкостью, они хорошо проводят тепло и электрический ток . Многие неметал· лъ1 при комнатной температуре - газы (кислород, водо) род, азот, хлор, гелий) есть среди них жидкость (бром ' и твёрдые вещества (уголь, сера, фосфор, ио~). Н е ме· ав та~лы плохо проводят тепло и электрическии ток , твердом состоянии при ударе рассыпаю тся . 36 Классификация веществ. Простые и сложные вещества Ч:исло известных простых веществ в несколько раз nрев о :веIЦ е 1 сходит число ств гораздо б химических элементов. Сложных ольше. Сложные вещества состоят из атомов разных химич е ских элементов. сложные вещества иначе называют химическими соединениями. Они тоже образуют две большие груп пы - органические и неорганические соединения. В со став орrаничес:ких веществ обязательно входит угле род, поэтому при нагревании некоторые из них могут обугливаться. Мы уже описывали такой опыт с саха ром. Слово <<органические>> напоминает о том, что ког да-то эти вещества выделяли из растений и животных. Так до сих пор получают сахар. Среди известных вам органических веществ назовём этиловый спирт, уксус ную кислоту, пластмассы. аспирин, крахмал, Органических целлюлозу, веществ гораздо белки , больше, чем веорrапичес:ких, к числу которых относ ят не толь ко соединения всех химических элементов, кроме угле рода, но и простейшие соединения углерода, например углекислый газ. Кварц, кислород, вода, серная кисло та, поваренная соль, сода - неорганические вещества. В школьном курсе химии вы сначала будете изучать неорганические вещества. Лабораторный опыт 4. Оэнакомпение с образцами простых и спожнь1х веществ Рассмотрите выданнь1е вам вещества, обращая внимание на их химические формулы. Разделите вещества на простые и сложные . Выпишите их форму лы в отдельные столбцы . Среди простых веществ найдите металлы таллы. Какими общими свойствами обладают металлы? и неме . . Воnросы и задан и• . · . - . , -- ·: :. :-....{: :,tf.··~1 • Объясните разницу между поняти ями << химический элемент >> и « простое вещество ►►, «простое вещество >> и << сложное веще 2 ство ~ . • Определите, в приведённой ниже информации речь идёт O же лезе как о химическом элементе или простом веществе · 37 r"a ■a 1• ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ ХИМИЧЕ СКИЕ ПОНЯТИЯ а) г) д) е) Рис. 26 . Модели некото рых веществ и смесей В организме животных главных ролей - и человека железу прин адлежит одна из оглобина крови, пере оно входит в состав гем носящего кислород от органов дыхания н угл ней к органам дыхания. екислый газ от тка Молекула гемоглобина очень сложная. х вам металлов . К Ка1'ИМ вещест вам они 0·1·носJ1•1·сл - про с1ъ1м нл11 сложным? Приведи·1·0 примеры про с•t'ЫХ ве ще ств. с :котор ыми мы имеем дело в лов 3. Приведи·rе примеры извес·гны 4. ссднсuной жи:щи . 5. Почему число и:з1Jес·1·11ых ЩIO<"l'i .tX nощсс1· в больше, чем химиче С J{ИХ (;)JIO MUJl'l'Oll 1l 6. Каки е ЭJIOM U l.l'l'bl IIM UIO'I' IIJIJI.O'l r,рим е ры . 'IIO ll\\l ,\tl МО,1\l\фНЮ\ЩIИ? число Приведите 7. Россмо·1·1юu pи cy11u1t lO, ощнщt1 CJIO ЖIIЫX U 0ЩUC'l'IJ , с мс,1•1 ,I1 H'l't ' модощ1 простых веществ, 1i1 IН'ЩtH l'\' I\ . 0'('1НУГ по.нсни те. l1JII Относительная атомная \ \ и молекулярная масс ы. i Качественный и количественн ый состав вещества Атомы 1ш c·1·0.11t,1 to мщ,, , . 1 ,, ,,·о н:х мн ссу трудно выра · ж.nт1, н нринычнt,1>< 11.1,н11щ~, 1~ ,·р~,м:мах пли килограм мах . До }1tс снм1,н 1 ·1·Jш ti1.111 .1,1 н 1 1•t) М1:..1 неся·r ничтожно ма ло - он: оло lU ~t1 11, ·1·. " · o,ooootI OlHIOO .'38 OOOOOOOOOOOl г . ---- Относительная атомная и молек сы ---------------------=--:..:_:_:.:::_:~ул~я~р~на~я~м~а~с~ - Гораздо удобнее сравнивать массу данного ат ома с v u J(акой-то другои очень малои массой, принятой за еди- gицУ измерения. В качестве такой единицы измере- вия учёные договорились использовать ~ часть мас 1 сы атома углерода. Эту единицу называют атомной . единицей массы (а. е. м.). Масса атома, выраженная через эту величину, получила название относитель ной атомной мас~ы. Её обозначают Ar (индекс r _ вая буква англииского слова пер << относитель relative - ный))). Относительная атомная масса - отношение массы атома данного химического элемента Х к ~ массы ато 1 ма углерода: ~(Х) = ;i(X) . 12m(C) Относительная атомная масса показывает, во сколь ко раз масса данного атома больше 112 массы атома угле рода. Например, Ar<H) = 1, т. е. один атом водорода име ет такую же массу, как 1 атома углерода. Атом фтора 12 в 19 раз тяжелее 1 атома углерода: Ar<F) = 19. 12 Относительная атомная масса - величина безраз мерная, подобно всем другим относительным величи нам. Её нельзя путать с абсолютной массой атома , вы раженной в атомных единицах массы (а. е. м.). Числен ные значения абсолютных масс атомов, выраженных в а. е. м., совпадают со значениями относительных атом ных масс. В некоторых учебниках используют именно эти, абсолютные единицы: например, масса атома кис лорода равна 16 а. е. м., атома серы - 32 а. е. м . и т. д. Нужно помнить о том, что 1 а. е. м. - необычайно ма ла.я величина (1 а. е. м. = 1,66. 10- 21 кг), она меньше 39 щ rna■a 1. ПЕРВОНАЧАЛЬНЫ Е ХИМИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ килограмма примерно во столько раз, во сколько человека меньше массы земного шара. масса Атомы разных химических элементов различаю т ся по массе не более чем в 300 раз, поэтому относитель ные атомные массы представляют собой сравнитель но небольшие числа. Значение относительной атомной массы каждого химического элемента прив едено в Пе риодической системе Д. И. Менделеева. На практике эти значения обычно округляют до целых чисел. Округ лённые значения относительных атомных масс неко торых химических элементов приведены в таблице (см. с. 25). 3 Атомные массы некоторых химических элем ентов впервые определил Д. Дальтон в начале XIX в. Он, ко нечно, не взвешивал отдельные атом ы, но сумел опре делить, во сколько раз одни атомы тяже лее или легче других. Известно, например, что медь реагируе т с серой с образованием сульфида меди CuS, в котором на один атом меди приходится один атом серы. Опытным путё м было установлено, что масса меди в этом соед инении в 2 раза больше, чем масса серы. Следовательно, каж дый атом меди в 2 раза тяжелее атома серы (рис. 27). Аналогично было найдено, что атом меди в 4 раза тяже лее атома кислорода. Оказалось, что самый лёгкий атом водорода, поэтому долгое врем я его массу прини мали за единицу измерения. Потом массы друг их ато- Рис. 2 7 . Сравнение масс атомо в . Если бы атомы можно было взвес ить на весах , то мы замет или б ы, что атомы мов серы : а - 6- семь атомо в меди (Ar = 64) имеют такую же массу , как четыр надцать атомо в серы (Ar = 32) 40 меди тяжелее ато семь атомов меди тяжелее, чем семь атомов серы ; aw Относительная атомная н молекулярная массы -------, ~ов стали сравнивать с ас 1961 г. - с 1 16 массы атома кислорода, 1 12 массы атома углерода. относительная молекулярная масса (Мr) показывае массы т, во сколько раз масса молекулы больше -1.. 12 атома углерода. Для нахождения относительной моле кулярной массы не обязательно знать массу молекулы. Гораздо проще рассчитать относительную молекуляр ную массу, принимая во внимание, что масса молекулы равна сумме масс атомов, из которых она состоит. Сле довательно, относительная молекулярная масса рав на сумме относительных атомных масс химических элементов, образующих данное соединение, с учётом числа атомов каждого элемента. Например, относи тельная молекулярная масса воды равна сумме двух от носительных атомных масс водорода и одной относи тельной атомной массы кислорода: MiH 20) = 2AiH) + Ar(O) = 2 · 1 + 16 = 18. Аналогично, относительная молекулярная масса газа азота, состоящего из молекул N , равна 28, а газа 2 водорода Н равна 2: 2 Mr(N 2 ) = 2AiN) = 2 • 14 = 28; MiH 2) = 2AiH) = 2 · 1 = 2. Сравнивая эти значения, можно заметить, что водо род в 14 раз легче азота, - это самый лёгкий из газов. Относительные молекулярные массы простых ве ществ, имеющих немолекулярное строение, а также се ры и фосфора принято считать численно равными их относительным атомным массам: например, М r<Fe) = =Аг(Fе) = 56. Химическая формула вещества заключает в себе до статочно много информации. Рассмотрим формулу воды Н2О. Во-первых она показывает качественный состав ' вещество содержит водород вещества: данное и ки ело Род. Во-вторых химическая формула выражает количе ственный состr:,ав вещества. В воде на два атома водоро41 1 rna ■a 1. ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ ХИМИЧЕ ~~~~~:=-:~------------СКИЕ ПОНЯТИЯ да (их относительная масса 2A iH ) = 2 • 1 = 2) при ходится один атом кислород а (его масса - Аг(О) = lб). Следовательно, на 2 масс ов:1е части водорода в воде при ходится 16 массовых частеи кислорода, или, иными сло водорода и кислород а равно 1 : 8: вами, отношение масс т(Н) : т(О) = 2 : 16 = 1 Ясно, что для полу : 8. чения воды из водо рода их надо смешать в рода и кисло массовом отношении 1: 8. По химической форм уле можно рассчита ть массо вые доли · химических элементов в соединен ии. Массо вая доля химического элемента показы вает, какая часть относительной молекулярной массы вещества приходится на данный элемент. Её рассчиты вают по формуле: w(X) = ni iX )' где w(X) - r массовая доля химиче ского элемента Х, вы раженная в доля п х единицы; число атомов данног - индексом в формуле Ar - Мr - о элемента, обозначе нное соединения; относительная атомна ния. я масса Х; относительная молеку лярная масса соедин е Долей называют част долей равна единице, ь целого, поэтому су мма всех или 10 0% . Задача 1. Рассчитайте массовые доли химических элементов в красном железняке Fe 0 • 2 3 Ре шение. Определим от носитель ну ю молекулярн ую масс щесrrва: Mr<Fe20 3) = 2Ar<Fe) + 3A i0 ) Затем рассчитаем масс ме нтов железа и w(Fe) = w(O) = 42 у ве = 2 • 56 + 3 • 16 = 160. овые до ли хи миче ск их кислорода : эле 1 1 2~( Fe ) = 2 · 56 = О 7 или 70 %; M r(F e 2 O3 ) 16 0 ' ' З~(О) M r(F e 2 O3 ) = 3 . 16 = О 3 или 30 % · 16 0 ' ' 1 \ • ---- Относительная атомная н молеку -------------------===_:__:~~~л~я~р~н~а~я!:_м~а~с~сы Обратите внимание, что сумма массовых долей же леза и кислорода составляет 1, или 100% . ответ. w(Fe) = 70%; w(O) = 30%. задача 2. Рассчитайте массу атомов кислорода, со- держащихся в одном стакане (200 г) воды. Решение. Рассчитаем массовую долю кислорода в воде: Ау(О) w(O) = Мг(Н О) - 2 16 18 = 0,889, или 88,9%. Таким образом, т(О) = 0,889 • 200 г = 1 77 ,8 г. От в е т. т(О) = 177,8 г. 1. Дайте определения понятий << относительная атомная масса >> , ((относительная молекулярная масса>>. Какой смысл имеет сло во ((относительная>>? 2. Что означает запись Ar<S) = 32? 3. Какой атом тяжелее - железа или кремния - и во сколько раз? 4. Определите относительные молекулярные массы простых ве ществ: водорода, кислорода, хлора, меди, алмаза (углерода). Вспомните, какие из них состоят из двухатомных молекул , а какие из атомов. 5. Рассчитайте относительные молекулярные массы следующих соединений: углекислого газа СО 2 , серной кислоты H 2S0 4 , саха 6. ра С 12Н 22 0 , этилового спирта С 2 Н 6 0, мрамора СаСО 3 • 11 В пероксиде водорода на один атом кислорода приходится один атом водорода. Определите формулу пероксида водорода, если известно, что её относительная молекулярная масса равна 34. Каково массовое соотношение водорода и кислорода в этом со единении? 7 • Во сколько раз молекула углекислого газа тяжелее молекулы кислорода? 8 • Что называют массовой долей химического элемента в соедине нии? *9. В каком массовом отношении * нужно смешать железо и серу для получения сульфида железа FeS? 10 .в каком массовом отношении нужно ~ смешать алюминии и серу для получения сульфида алюминия Al 2Sз ? Определите массо - 11 вые доли химических элементов в этом соединении · .Определите массовые доли серы и кислорода в молекуле S02. 43 ПЕРВО НАЧАЛЬНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ rr.n~a~•~a~1~-~~~~==-=---------------------.=.. ----- 12. Определите массовые доли химических элементов в МР~оре СаСО 3 • 13. Рассчитайте массу атомов кислорода в куске мрамора Сасо массой 20 г. 3 14 • Установите формулу оксида азота, если его относительная 140_ леку лярная масса равна 46. .. * 15. Неизвестное вещество состоит из трех элементов - углерода водорода и кислорода. Относительная молекулярная масса ве~ щества равна 30. Установите его формулу. l1IEJ Закон сохранения массы веществ. Уравнения химических реакций В XVIII в. на основании многочисленных экспери ментов французский химик Антуан Лоран Лавуазье и независимо от него русский учёный Михаил Василье вич Ломоносов установили: Яомоносов Михаил Васильевич (1711-17 65) Великий русский учёный. Сын архангельского крестьянина-помора. Учился в Москве, в Славя но-греко-латинской академии, затем в Герма нии. Он считал, что тела состоят из «корпускул» (молекул) - мельчайших частиц, имеющих вес и обладающих всеми свойствами вещества, а «корпускулы» состоят из «элементов» ( ато мов). Однако созданная им атомная теория не была опубликована. Ломоносов сформулиро вал закон сохранения материи ( 175 8): « Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отни мется, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте ... » А. С. Пуш кин соби у' у б прос• равwии материалы к биографии учёного писал что у него ыл не ' ' . а где все · «с ним шутить 6 ыло накладно. Он везде был тот же. дом ' его домочадцы тр у д демии где епетали; во дворе где он дирал за уши пажеи; в ка ' не смели при нё Л ' скую ла· 6ораторию ввёлм пикнуть». омоносов создал первую в России химиче аботал ме· ' в химию количественные методы исследования, разр • тои характер· тод получения непро для соэд 0 зрачноrо стекла (смальты) который использовал г ння мозаики По П ' инерало , художни . словам ушкина, «историк, ритор, механик, химик, м М В Ло· .. П ативе · · моносова в 1755 он все испытал и всё проник». о иници у пе ь носит его имя. r. был открыт Московский университет, которыи те Р nK н стихотворец, ieмt 44 Закон сохранения массы веществ. Уравнения химических n ~ ~ реакции s результате химич~ских превращений масса веществ остаётся неизмен~ои - общая масса всех исходных ве ществ равна общеи массе всех продуктов реакции. Это утверждение носит название закона сохранения массы веществ при химических реакциях. Сейчас оно l(ажется очевидн~1м. Действительно, в результате хи мических реакции одни вещества превращаются гие, но при этом атомы не исчезают, не появляют в дру ся и не превращаются из одного вида в другой. Однако в то время, когда атомно-молекулярная те ория ещё не завоевала всеобщего признания, многие факты, казалось, противоречили закону сохранения массы веществ. Например, всем известно, что свеча по степенно сгорает, её масса уменьшается ~ Как это объяс нить? Горение свечи это химическая реакция пара фина с кислородом воздуха, протекающая с образов анием углекислого газа и воды. Продукты этой реак (углекислый газ и водяной пар) - ции газообразные веще ства, которые улетучиваются, поэтому нам и кажется, что происходит потеря массы. Химические реакции обычно записывают в виде уравнений. В левой части уравнения химической реак ции представлены формулы исходных веществ (реаге1; тов), а в правой - продуктов. Рассмотрим на простеи mем примере, как составить такое уравне.~ие. При про каливании на воздухе медной фольги на ее поверхности образуется чёрный налёт оксида меди CuO - соедине ния меди с кислородом. Медь Cu соединяется с кисло родом воздуха (кислород состоит из двухатомных моле- кул 0 2), образуя оксид меди CuO: Cu + 0 2 ~ CuO. н ур ав это схем.а реакции. Чтобы она прев р атилась в миче - ение, нужно уравнять число атом ов каждого ( хи и после ского элемента в левой и правой частях до ты - стрелки). Для этого расставляют коэффицище:е число циф ываю ры перед формулами веществ~ указ ие Как легко за- Частиц, вступивших во взаимодеиств ~ и nрав ой час Метить, число атомов кислорода в лево:и: - -45 rnaaa 1. ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПОНЯ ТИЯ тях схемы различно: слева два ва - атома кислорода один, а это противоречит закону сох ран сы веществ. Поэтому перед ф орм ' сnра- ениа ~ улои оксида меда ас- поставим коэффициент 2: u Cuo Cu + 0 2 ~ 2CuO. Теперь слева и . справа от стр елки записано оди вое число атомов кислорода . ооднако, поставив коэНВJt фф циент 2 перед формулой CuO, мы одновр чили и число атомов мед u еменно стало два. Для того чтобы уравнять число атомов и:- '\71) .тuе.ли:- и в правои части схемы _ их обеих частях схемы, нужно поставить ещё оди меди н коэф~ фициент, на этот раз перед формулой меди: 2Cu + 0 2 ~ 2CuO. Теперь число атомов каждого частях схемы одинаково. Чтоб эффициенты расставлены, реагентов и продуктов в ции принято заменять вида в левой и правой ы подчеркнуть, что ко стрелку между формулами уравнении химической реа к знаком равенства: 2Cu + 0 2 = 2CuO. Как вы уже заметили, коэффи циент 1, подобно ин дексу 1 в формуле вещества, не ставят. Рассмотрим ещё один пример . Главная составная часть природного г~за метан СН • Напишем урав 4 нение реакции горения метана, зная, что продук тами реакции являются углекислый газ СО 2 и вода Н2О (рис. 28). Сначала напишем схе му реакции: СН 4 + 0 2 ~ СО 2 + Н 2 O. Уравняем число атомов каждог о химического эле мента слева и справа от стрелки , т. е . рас ставим коэф· фициенты. Начнём с атомов углерода - в обеих частя:. их по одному. Затем подсчитаем число атомов водород · в левой части схемы их четыре, а в правой два . Ур:: няем их число, поставив коэффициент 2 uер ед. фор у лой Н O: 2 46 --реагент Закон сохранения массы веществ Урав . :...!:..::::н_:е:_:ни:я~х~и~ми~ч~ес~к~их~ре=а~кц~и~й - - - - - - - - - - - - . : . . .__ ЬI (исходные вещества) Продукты (конечные вещества) f Рис. 28. Уравнение реакции горения метана и его изображение с помощью моделей Наконец, осталось уравнять число атомов кислоро да. В левой части только два атома кислорода в молеку ле 0 2, а в правой - четыре (два атома в составе молеку лы СО 2 и по одному в составе двух молекул Н 2 0). Оче видно, что перед формулой поставить коэффициент 2: 0 2 в левой части нужно Подсчитав ещё раз число атомов каждого химиче ского элемента в левой и правой частях уравнения хи мической реакции, убедимся, что коэффициенты рас ставлены правильно. Коэффициенты в уравнениях химических реакций иногда бывают довольно большими числами. П риведём пример. Свеча сделана из парафина, который является смесью близких по составу и строению соединений уг лерода с водородом. Составим уравнение реакции горе ния одного из них - октадекана С 18 Н 38 , считая, что весь содержащийся в нём углерод переходит в углекис лый газ: 47 1 • воНАЧАЛЬНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ понятия r•,.,.~a•~a~1~. ~П~ЕР~=-::.:.:_=-:.__ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ __ -= ------ Сначала уравняем число ~~/;ов углерода и водоро да, для этого перед фор~уНлоОи ент 18, а перед формулои 2 - 129~оставим коэФФпци: . С 18 Н 38 + 0 2 ~ 18С0 2 + 19Н 2 0. Теперь осталось уравнять число атомов кислорода. Слева их 2, а справа - 1~ · 2 + 19 = 55. В таком СЛуЧае число молекул 0 2 в левои части уравнения получается дро б ным- 55. 2 . С 18 Н 38 + 525 0 2 = 18СО 2 + 19Н 2 0. Но что значит дробное число молекул кислорода? Ведь молекула - мельчайшая частица вещества. Что бы все коэффициенты были целыми числами, увели чим каждый из них в два раза: 2С 18 Н 38 + 550 2 = 36СО 2 + 38Н 2 0. По уравнению реакции можно проводить различные расчёты. Вы научитесь делать это в 9 классе. Воnросы и эаАани ■ 1. Сформулируйте закон сохранения массы веществ и обоснуйте его с позиций атомно-молекулярной теории. 2. Почему при горении спиртовки масса спирта постоянно умень шается? Не нарушается ли при этом закон сохранения массы веществ? 3. Как вы объясните увеличение массы железной детали при ржав лении? 4 · Что обозначают индекс в формуле вещества п ~,;оэффицпент в уравнении реакции? ., 5 • Ч то значит расставить коэффициенты · в у равнеюш хнмиче ско11 реакции? 6 • При горении угля С образуется углекислый газ. Нашппите уравнение этой реакции. 7 • При взаимодействии двух газов - ки~лорода п водорода - об разуется вода. Напишите уравнение этой р еакц1ш · 8. При разлож . , ·r ~ 1 едН._ ении малахита Сн. СО Н . обр азvются 0 1,t: 11,... CuO углек 2 s 2 . ii рt>11к ' ислыи газ и вода. Наппш ите уравненпе з то V ции. 48 1 1 i ► Типы химических реакци~ 9 1 расставьте коэффициенты в следующих схемах реакций: · а) Fe + о 2 ~ Fe 30 4; s + о2 ~ S02; сН ~С+ Н 2 ; 4 р + Br2 ~ PBr5 ; · г) CuO ~ Cu 20 + 0 2; S0 2 + 0 2 ~ S03 ; FeBr 3 ~ FeBr 2 + Br 2 ; · CuCl 2 + Na2S ~ CuS + NaCl; б) Al + F 2 ~ AlF 3 ; д) H 2S + 0 2 ~ S0 2 + Н О; 2 N2 + Н2 ~ NНз; FeO + 0 2 ~ Fe 30 4; Fe + Cl 2 ~ FeC1 3 ; в) Н20 2 ~ Н 2 0 + 0 2; Са+ 0 2 ~ СаО; Na + Cl 2 ~ NaCl; ВаО + 0 2 ~ Ва0 2 ; С4Н10 + 02 ~ СО2 + Н2О; Ag + H 2S + 0 2 ~ Ag 2S + Н 0; 2 CH 5N + 0 2 ~ СО 2 + Н 2 0 + N ; 2 е) Zn + HCl ~ ZnC1 2 + Н ; 2 КОН+ H 2S04 ~ K 2S0 + Н 0; 4 2 NaOH + Н 3 РО 4 ~ Na3P04 + Н 0; 2 CuOH ~ Cu 20 + Н 2 0. • 1 0. в природном газе содержится небольшое количество этана С Н • 2 6 На воздухе он сгорает подобно метану. Составьте уравнение реакции. IJEI Типы химических реакций Число химических реакций очень велико. Простей шие из ·них можно условно разделить на четыре груп пъr - реакции соединения, разложения, замещения и обмена. В реакциях соединения из нескольких исходных веществ образуется одно сложное ве щество. Примером может слу жить реакция горения магния (рис. 29): 2Mg + 0 2 Магний Кислород 2Mg0 Оксид магния или реакция образования зелё ноrо налёта малахита на по верхности бронзовых изделий: 2Cu + 0 + Н O . + СО = 2 Медь 2 2 Кислород Вода Углекислый газ = Cu2CO 5H 2 • Малахит Рис. 29. Горс шн' маr н иеrюii лс11ты - ---49 ас rna ■a 1. ПЕ РВОНАЧАЛЬНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ Окиспение медной nпастинки J1а6ораторнь1й оnыт 5. (провопоки) Возьмите пинцетом медную пластинку или проволоку и внесите её в nnамя спиртовки. Что наблюдаете? Образующийся чёрнь1й налёт - это окснд меди CuO. Напишите уравнение реакции. Определите тип реакции. Реакции разложения приводят к распаду одно~о ис ходного сложного вещества на несколько продуктов. Так, при разложении мела СаСO 3 образуются оксид кальция (негашёная известь) СаО и углекислый газ СО : СаСО 3 Мел t 2 СаО + Оксид Углекислый кальция газ а при разложении малахита - оксид меди, вода и угле кислый газ: t 2CuO + + Оксид Углекислый меди газ Реакции разложения чаще всего протекают при на гревании. В уравнении химической реакции это условие обозначают символом температуры t над знаком равен ства. Многие соединения, устойчивые при комнатной температуре, при нагревании разлагаются. Например, подавляющее большинство органических веществ не выдерживает нагревания до 300 °С, а при 2500 °С начи нает распадаться на водород и кислород даже такое ус тойчивое вещество, как вода. Некоторые вещества раз лагаются под действием света. Так, соединения серебра на свету чернеют вследствие выделения серебра. На этом процессе основана чёрно-белая фотография. Лабораторный опыт 6. Раэло.жение малахита Положите в сухую пробирку немного порошка малахита. Какого он цветаi Нагрейте пробирку в пламени спиртовки . Что наблюдаете? Какая жидкость конденсируется на стенках пробирки? Зажгите лучинку и внесите её в про· бирку. Что происходит? О выделении какого газа это свидетельствует? Пе речислите вещества, образующиеся при разложении малахита. Напишите уравнение реакции . Определите тип реакции. 50 Типы химических реакций 1111 замещения - J это реакции между простым реаl(~м веществами, протекающие с образованием 11 сдо'1< ых веществ простого и сложного. Если в дву няй раствор медного купороса опуст~ть железныи с» то на поверхности гвоздя начнет выделяться х gOB V rвоздьЬI, й: налёт меди. Вскоре окраска раствора станет зе- ~расн u u то-жёлтои, характернои для железного купороса: левов а CuS0 4 + Fe - Fe80 4 + Cu. Железо Раствор Раствор медного железного купороса купороса Медь в результате этой реакции атом железа занимает мес то атома меди в медном купоросе Лабораторный опыт 7. - замещает атом меди. Взаимодействие железа с раствором медноrо купороса Заполните пробирку примерно на одну треть раствором медного купоро са. Обратите внимание на цвет раствора. Опустите в пробирку железный гвоздь. Что происходит? Как изменяется цвет раствора? Чем покрывает ся поверхность гвоздя? Напишите уравнение реакции. К какому типу она относится? Реакциями обмена называют взаимодействие меж ду двумя сложными веществами, при котором они об мениваются атомами или группами атомов. При дейст вии на сульфид железа соляной кислоты выделяется сероводород H S ядовитый газ с неприятным запа 2 хом тухлых яиц: FeS + 2НС1 Сульфид FeC1 2 Соляная Хлорид железа кислота железа + Сероводород Подробнее с ·реакциями обмена вы познакоми тесь nозднее. Многие химические реакции нельзя отнести ни к од :му из перечисленных четырёх типов. Примером мо ет служить реакция горения метана: СН 4 + 20 2 = СО 2 + 2Н 2 0. Един u u тnес ои классификации химических реакции не су- ~ твует. ------ -51 r11aaa 1. ПЕРВ ОНАЧАЛЬНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ Bonpoc1a1 11 эаАани• 1 . HR какие четыре типа подразд еляют химические Реакцаи? 6 2 • Может ли простое вещество о разоватъся в результате РеВJ< R) соединения; б) разложения; в) замещения; г) обмена? o;nn: поясните. · Вет з . Из схем реакций, приведённых в задании 9 (см. с. 49) BЪinиllin те отдельно схемы реакции: а соединения; б) разложен . ·· ия, в) за мещения; г) обмена; д ) не относящихся ни к одному из четЪI .. · типов. Рех. 4 . РRсставъте коэффициенты в схемах следующих реакций u ) , и оп- u ределите типы реакции: + HCl ---t СаС1 2 + Н 2 0; Na + 12 ---t №1; Zn + Сн80 4 ---t Си+ ZnS0,1; R) CR0 BR + 0 2 ---t ВаО; Mg + N 2 ---t Mg 3N 2 ; 6) AgN0 3 ---t Ag + N0 2 + 0 2 ; AgF + № 2 S ---t Ag 2S + №F; Hg0 ---t Hg + 0 2 ; Mn0 + 0 2 ---t Mn 30 _1; Сн + 0 2 ---t Cu0. 5. Под действием электрического тока вода разлагается на водо род и кислород. Напишите уравнение этой реакции. К ка1<ому тппу она относится? 6. НRпишите уравнение реакции получения сульфида железа FeS из простых веществ. К какому типу она относится? • 1 . Напишите формулу любого вещества, которое можно получить с помощью трёх разных типов реакций. Напишите уравнения этих реакций. lвор11еские эаАани ■ . 1. Подумайте и объясните , чем затвердевание цемента принципи ально отличается от затвердевания расплавленного олова. 2 . В состав ядовитого вещества , называемого свинцовым сахаром, входят атомы углерода, водорода , кислорода и свинца. Содер жание самого тяжёлого атома равно 6, 7% , а самого лёrкоrо-: 40 % . О каких процентах - массовых или атомных - идет речь? 3. с праведливо ли утверждение, что все сладкие н а вкус вещества не ядовиты, а все горькие опасны для здоровья ? u 4 . В солонку с поваренной солью случайно насыпали сахар ныи 1 сок. Предложите способ разделения такой сме си. 1 ~1, .. 52 пе· ----- _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _С ~а~м~о~е~в~а~ж~н~ое~в~ гл~а~ ве:_!_1 самое важное в r,waвe 1 все тела состоят из веществ. Вещества встреча ются в приро~е как в индивидуальном виде, так и в составе смесеи. В отличие от чистых веществ ' сме си .. не имеют определе~ного состава и не могут быть описаны химическои формулой. Как правило, смесь плавится или кипит в интервале температур. Свой ства веществ в смеси сохраняются. Различают одно родные и неоднородные смеси. Однородные смеси _ растворы - разделяют выпариванием, а неодно родные - фильтрованием и отстаиванием. Каждое вещество может находиться в трёх агре гатных состояниях твёрдом, жидком, газообраз ном. Качественный и количественный состав вещест ва записывают в виде химической формулы, состоя щей из символов химических элементов и индексов, указывающих число атомов каждого элемента. Изменения, происходящие с веществами и тела ми, называют явлениями. При физических явлени ях изменяется лишь форма тела или агрегатное состояние вещества, а состав вещества остается не изменным. Химические явления, или химические реакции, сопровождаются превращением одних ве ществ в другие, обладающие новыми свойствами. О протекании реакций судят по выделению или по глощению энергии, изменению окраски, образова нию осадка, выделению газа, появлению запаха. Ве щества реагируют между собой в определённом мас совом отношении. В результате химической реакции общая масса веществ остаётся неизменной (закон сохранения массы веществ). Химические реакции записывают в виде уравнений . Простейшие химические реакции Разделяют на четыре типа: реакции соединения , Разложения, замещения и обмена. Материальный мир состоит из атомов . Атом - это Мельчайшая, химически неделимая частица вещест ва. Атомы определённого вида называют химиче ским элементом . Простые вещества состоят из атомов 53 ГЛАВА 6 Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева [1Ш Первые попытки классификации химических элементов По мере того как число химических элементов, из вестных науке, постепенно возрастало, учёные стали предпринимать попытки выделить из их числа естест венные семейства элементов со сходными свойствами. Калий, например, по многим свойствам напоминает натрий. Оба простых вещества - ребристо-белые металлы, это легкоплавкие се настолько мягкие , что их можно резать ножом. Они обладают высокой химиче ской активностью - окисляются кислородом воздуха , энергично реагируют с другими неметаллами - хло ром, серой, а также с водой и кислотами (часто со взр ы вом). В соединениях калий и натрий однов алентн ы . Их оксиды основные, при взаимодействии с водой о ни об Р~зуют щёлочи - гидроксиды натрия и к алия. Литий Li, рубидий Rb, цезий Cs и франций F r по свойствам сходны с натрием и калием. Все эти металлы назвали :елочными, так как им соответствуют щёлочи состава ОН, где R - любой из щелочных металлов. Щелочные металлы проявляют наиболее ярко выра .>ftенные металлические свойства: они гораздо легче ' чем другие металлы (железо , медь, алюминий), вступа171 ИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОД rrJ11~a~ •a~6~-~П~E~ PИ-=::~=--=-----------------=-- --- ют в реакции с кис~ородом, водой и кислотами. Из-за высокой химическои активности их хранят под слоем керосина. u u Кальций Са, стронции Sr и барии Ва во многом сх од- ны с щелочными металлами, двухвалентны. однако в соединени .. о ни получили название щелочноземель- ях ных металлов, так как их оксиды раньше называли землями. Среди неметаллов также есть группы элементов сходных по свойствам. Хлор при взаимодействии с ме: таллами даёт соли соляной кислоты - хлориды, напри мер: 2Na + С1 2 = 2NaCl; 2Fe + 3С1 2 = 2FeC1 3 • Хлорид Хлорид натрия железа(ПI) Подобно хлору с металлами реагируют фтор, бром и иод. При этом также получаются соли, например: 2Fe + 2FeF 3 • Фторид железа(ПI) соль фтороводородно й (плавиковой) кислоты HF Эти простые вещества, как и образующие их х ими ческие элементы, называют галогенами, что в пер ев оде с греческого языка означает << рождающие соли >>. Моле кулы галогенов двухатомны. Галогены - это наиб олее активные неметаллы. Они легко вступают в р е акции с металлами и щелочами, но не реагируют с кисл ор одом. В соединениях с водородом и металлами галогены одно валентны, а в кислородных соединениях (их получ ают косвенным путём) проявляют переменную в алентность от I до VII. Оксид, в котором химич ес кий элемент uроявляет высшую валентность ' назы вают высшим. в ыс R ю- шие оксиды галогенов имеют состав R 20 7 , где - л бой из галогенов, кроме фтора . наХимические элементы селен и теллур во многом поминают серу. В природе он и часто в стречают ся в виде соединений с медью . . С этим связано их историческое название 172 халькогены, т. е. << рождающие ме д ь >> · Первые попыткн класснфнкацнн хнмнческнх элементов Простые вещества халькогены - неметаллы. Они ре агируют с металлами с образованием солей, например: Zn + S = ZnS . в соединениях с водородом и металл ами эти химиче ские элементы двухвалентны, а в кислородных соеди нениях могут быть четырёх- и шестивалентн ы. Общая формула высших оксидов халькоге нов - RO • 3 Ещё с одним семейством химических элем ентов - благородными, или инертнъ~ми, газами вы уже знако мы. Эти газы (гелий Не, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Хе, радон Rn) в небольшом количест ве содер жатся в воздухе. Они состоят из одноатомн ых молекул. Раньше считали, что инертные газы воо бще не образу ют химических соединений, об этом гово рит и их на звание. Однако за последние полвека учёным удалось получить много соединений криптона , ксенона и радо на. В кислородных соединениях их выс шая валент ность равна VIII , а соединения с водо родом по ка не и з вестны. 1. Назовите известные вам семейст в а химически х элем ен кратко охарактер и зуйт е одно и з них т ов и . 2 · Из приведённого перечня химическ их элементов выпишите дельно: а) щелочны е металлы ; б ) щёлочноземел ьные метал л ы; в) галогены; г) благород ные газы. З Br, Na, Al, Са, S , Хе, К , Cl , 1, Li, Ва, Ne, Ве, Rb, Sr, F, Fe, Не , Н . · Об означив химическ ии эле мент с имво лом R , напишите в об щем u в 4 от u . иде формулы водородны х соединении. генов. . а г ) алоге нов · 6) хал ько - ' Н т в и ги д рок с 11 дов ме апишите в обще м виде формул ы окси до аллов: а) щело чных; б) щёлочноземельных С ост ав ьт е у р ав н е. ния ре 5. В к u акции о ксид ов с в од о и. u я кн сл о - аком из ок сидов щелочных м еталл ов мас сов ая дол ,. . рода наиб м асс ы щ ел о чн ы х ольшая? Отно м с ительные атомны е . _ еталл ов указаны в Периодическои с ист е м е хнми ч ес 10 1 х :::>ле П " раii тес ь 1 1 Мент u . ов Д. И . Менделеева (см . первы й фор 3 ац) . ответить на вопрос, не проводя расч ётов . ос , 1 7:З . дКОН И ПЕРИОДИЧ ЕС КАЯ С ИL I tM A r~~~~П~Е~РИ~О~Д~И~Ч~ ЕС~К~И~И~З=~------------------~а•а • 6 . Заполните таблицу 15. Семейства химических элементов Табnмца 1S со сходными свойствами ~ Название семейства Щелочные металлы Химические элементы Li, Na, К, Rb, Cs, Fr Формула Формула высшего водородного оксида соединения R 20 RH RO 4 * Не образуют - Щёлочноземельные металлы Халькогены Галогены Благородные газы * Известен только для ксенона. 7. Используя информационные источники, найдите, кто первым из химиков обратил внимание на периодичность свойств эле ментов. 1D Амфотерные оксиды и гидроксиды Вы, наверное, уже обратили внимание, что наиболее типичным металлам соответствуют основные оксиды и растворимые основания (щёлочи), а неметаллам - кис лотные оксиды и кислоты. Например, щелочному ме таллу натрию отвечает основный оксид N а 2 0 и щёлочь NaOH, а неметаллу углероду - кислотный оксид С0 2 и угольная кислота Н 2 СО • Кислородсодержащие кисл ~ 3 ты и некоторые основания образуются при взаимод еи ствии оксидов с водой, поэтому их называют общим с ло вом <<ГИДРОКСИДЫ>)' т. е. <<Гидратированные ОКСИД Ы >> . Мы различаем их по форме записи: формула кисло ты начинается с символа водорода, а в формул е о с н ов а: ния указаны ОН-группы. Например, формулу уголь н о:и кислоты Н 2 СО 3 можно было бы написать как С0 3 Н 2 или как СО(ОН) 2 • В последнем случае её легко спутать с ос нованием. Такая форма записи состава к исл от н е п р.и · 174 Амфотерные оксиды и гидроксиды нята . Аналогично и формулу гидроксид а кальция Са(ОН) 2 неправильно записывать в виде Н 2 СаО 2 _ единение, в формуле которого на пер вом месте символ водорода, мы восприним со стоит аем как кислоту. Существуют гидроксиды, кот орые в зависимости от условий ведут себя либо как кислоты, либ о как основа ния. Их называют амфотерными. К чис лу амфотерных относят гидроксиды бериллия, алюмин ия, хрома и цинка. Формулу гидроксида берилл ия записывают ли бо как Ве(ОН) (основание), либо как Н 2 ВеO 2 (кислота) 2 в зависимости от того, с как им веществом он взаимо действует. Подобно основаниям, амфотерны е гидроксиды ре агируют с кислотами с образованием соли и воды : Ве(ОН) 2 + 2НС1 = ВеС1 2 + 2Н 2 O. Хлорид бериллия Вступают они и в реакции с щел очами, проявляя при этом свойства кислот. При вза имодействии с рас плавом щёлочи водород в гидроксид е бериллия заме щается на металл, образуется соль Na BeO Н 2 ВеO 2 2: 2 + 2Na OH = Na 2BeO 2 + 2Н 2 O. Бер ил лат н атри.я При действии кислот бериллаты раз рушаются: Na2Be0 2 + 2НС1 = Н 2 ВеO 2 + 2NaCl; Ве(ОН) 2 + 2НС1 = ВеС1 2 + 2Н 2 О. Этот процесс суммарно можно представить виде: в так о м Na2Be0 + 4НС1 = ВеС1 + 2Na Cl + 2Н2 О· 2 no 2 А Мфотерные гидроксиды нераствор и мы в вод е, их .. _ ВеС1 2 + 2Na OH = Ве( ОН) 21 + 2NaCl . .. лучают при постепенн ом до 6 авлени твору соли: и щ ело чи к ра с nРиливать щёлочь нужно по к апля ' м так как в ее Избьrтке осадок рас творяется • 175 .- r11а•С1 6 • n Й ЗАКОН И ПЕРИ ЕСКАЯ СИСТЕМА ЕРИОдИ11~Ч~Е~СК~И~ОДИЧ :_::_:-=---------------~ - Подобно нерастворимым в вод е основаниям, амфо ~е гидроксиды не изменяют окр аску индикаторов тернь ани и разлагаются на оксид и воду ри нагрев ' · тс:,вУют амфотер- а n Амфотерным гидроксидам соотве ные окси ны дьl • Они также проявляют своиства и ки тх , и основных оксидов, реагируя как с кислотсло ами так и с расплавленными щел очами· ' . ВеО + 2НС1 = ВеС1 2 + Н O; 2 t ВеО + 2NaOH = Na 2BeO 2 Б е р и л ла т + Н 2 O. н а тр и я Амфотерные оксиды не взаимодей ствуют с водой. J1а6оратормый оnыт 21. Получение rидроксида цин и изучение ero свойств ка Налейте в пробирку 2-3 мл раст вора хлорида цинка и по каплям добав ляйте к нему раствор гидрокси да натрия до выпадения белого осадка . Взболтайте раствор с оса дком и разделите его на две бирки . В одну пробирку прилейте части, т . е. в две про соляную кислоту, а в другую - раст вор гидроксида натрия . Что вы наблюдае те? Запишите уравнения реакций и наблюдения в тетрадь. Какими свой ствами обладает гидроксид цинка? Воnросы • 3аАа••• 1. Дайте определения п он ят ий << осно в ание >> . 2. Как и е оксиды и гидроксид дите примеры. 3. << О КСИД>>, «гид р оксид 1>, <<ки слота )>, ы наз ы ваю т амфоте р н ы ми? . Амфоте р н ы е оксиды реаги руют как с кислотными, так но вн ыми ок с идами . Напишите 5. При ве Напишите уравнение р еак ции оксида бериллия с рас п лаво м г ид р оксида калия 4. · · ка с оксидом cepы(V I ) и окс и с ос уравнения реакций оксида цин идом кальция. Гидрокси д цинка (Zn(OH ) или H ZnO ) в ступает в реакци 2 и ана 2 логично гидроксиду бериллия . 2 Что наб людает ся при дейс твии на него серной кисл оты и гид роксида калия? Напиши те урав нен ия реакци й . 6 . Как получить гидроксид цинка исх одя ш ит е ура в нения реакци 7 • Какие из оксидо в (Сн й. из оксида цинка? Нап и О ВеО ВаО СО SO ZnO, NazO) реаr иру2 ' 3' ' · ' ют с вод ой, соляной кис ло'rой~ гид роксидом натрия? Hanиill ите ур авнения р еакций . 1 76 Периодический закон. Периодw •8. При сильном нагревании гидроксокарбонат бериллия разлагает ся, образуя три оксида. Напишите уравнение реакции. 9. Напишите уравнения реакций, характеризующие следующие превращения: а) ZnO ~ Zn80 4 ~ Zn(OH) ~ Na Zn0 ~ ZnCl ; 2 2 2 2 6) Zn ~ ZnO ~ Zn(N03 ) 2 ~ ZnC0 ~ ZnCl ; 3 2 в) Ве ~ ВеО ~ Ве80 4 ~ ? ~ Na Be0 ~ Be(N0 ) • 2 2 3 2 1 О. Оксид цинка реагирует при нагревании с твёрдым карбонатом натрия, при этом образуется цинкат натрия и выделяется газ. Напишите уравнение реакции. (D Периодический закон. Периоды К середине XIX в. было известно около 60 химиче ских элементов. Учёные разных стран пытались их классифицировать. Так, элементы со сходными свойст вами были объединены в естественные семейства, уже знакомые вам: щелочные и щёлочноземельные метал лы, галогены. Построить единую классификацию хи мических элементов впервые удалось профессору Пе тербургского университета Д. И. Менделееву. Располо жив символы всех известных в то время 63 химических элементов в ряд в порядке возрастания их относитель ной атомной массы, он заметил, что элементы со сход ными свойствами (например, щелочные металлы) не следуют непосредственно друг за другом, а периодиче ски (регулярно) повторяются. Оказалось, что так же за кономерно, через определённый интервал повторяется <<химический характер>> элементов. Следуя за Д. И. Менделеевым, запишем символы хи мических элементов в порядке возрастания относи тельных атомных масс. Первый ряд начинает элемент с наименьшей массой - водород. 3а ним следует инерт ный газ гелий (Ar = 4), который в то время был неизвес тен. н 1 llt• ,i бд ,1 го ро, , 111"1ii га .1 177 l _ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА И~И~~~.:..:.:.:~=--------------•~~~:_~~р~~О~~И~ЧЕ~С~К~ ~а•а • химических элементов, расположенных Посnедоватеnьность " относительной атомной массы в nор11дк е увеnичени" Химиче- н Li Ве Не с в N о F Ne Na Mg Al Si s, р С! ский 1 элемент 1 Относитель- 1 7 4 9 11 12 14 16 19 20 23 24 27 28 31 32 35,5 1 наяатомная 1 масса Порядко- 1 3 2 4 6 5 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 вый номер Высшая 1 11 111 IV V VI VII м м 1 11 111 IV IV 1 валентность Характер Н* м м н н н н н н н м н н н к к к ' свойств - н простого вещества ~ о Характер А к к о к о A IK свойств высшего - оксида 1 Период Тр етий Второй Первый Н - неметалл, М - основный , металл, О - Второй ряд начинается щелочным металло м литием Li, а заканчивается галогеном фтором F и бл агородным газом неоном N е. Li 7 Ве в с 9 11 12 N 14 о 1•' 16 И) Ne 20 г а. 101 е1 бл~н·о po:i:- щелочной [ Ьi металл - ii 1 ·\:J Следующие химические элементы обр азуют ряд, весьма похожий на только что рассмот ренны й . Na 23 щелочной метал л 1 78 Mg 24 Al 27 Si 28 р s CI 31 32 ;J~, .J rа . 1о п _ Л1 Н1 1 ол; l' 1 Ь 1 ) 1 {1 1 • I Периодический закон . Периодw Та6nица 16 Ar Sc Ti V Cr Mn Fe Са к Со Ni Си Zn Ga Ge As Se Br Kr 40 39 40 45 48 51 52 55 56 59 59 64 65 70 73 75 79 80 184 1 1 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 J lн 1 11 111 IV V VI VII м м м м м м VIII(?) м м м м ? 11 111 IV V VI VII ? м м м Н 1 Н 1 н н н 1 1 1 1 1 1 1 1 1 - - .,,____ ? к · к ' к +- -+о о А к к к ? к ? А А к 1 1 1, t 1 1 Четвёртый А- амфотерный t К - кислотный t ? - нет достоверных сведений химический элемент натрий Na, В начале ряда являющийся, как и литий, щелочным металлом, а в галоген хлор Cl и благородный газ аргон Ar. конце - Последовательность первых 36 химическ и х элементов представлена в таблице 16. Пронумеруем все элементы по порядку , п р ис во и в каждому из них порядковый ном ер. Поздн ее вы узнае те, какой физический смысл он имеет. Разобьём ряд н а четыре промежутка , в пред елах которых происходит переход от эл ементов-металл ов к элементам-немет аллам , и назовём их пер и одам и . В пр е делах каждого п ериода высш ая в алентность эле м ен т ов последовательно воз рас тает. Сво йств а выс ш их о ксидо в также изменя ются з акономерно: от осн ов н ых через ам фотерные к кисл отны м . 1 79 и- ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА r~~~ 6 •~П~Е~РИ~О~Д~И~Ч~ЕС~К~И~=~.:__-------------- _ ~а•а Менделеев проанализировал последов ад. и• к огда мость зави:и что л, ... ужи обнар он тов, элемен сть тельно " СВОИСТВ элементов и их соединении от а томно и масс ЬI 69 ... является периодическои. В 18 г. он сформулировал Периодический закон: свойства химических элементов, а также обра зуемых ими простых и сложных веществ находятся в период иче ской зависимости от относительных атомных масс элементов. Первоначальная формулировка Д. И. Менделеева была несколько иной: <<Свойства простых тел, а также форма и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости или, выражаясь алгебраи чески, образуют периодическую функцию от величины а томных весов элементов>> . В то время вместо << вещест атом во>> говорили <<тело>>, а атомную массу называли ным весом, ещё не были известны благородные газы и некоторые другие элементы. Ряд химических элементов, расположенных в по рядке возрастания их атомных масс, начинающийся с водорода или щелочного металла и заканчивающийся благородным газом, называют периодом. Свойства эл е ментов, а также образованных ими простых веществ и соединений при движении по периоду постепенно изме няются. Первый период содержит лишь два элемента, второй и третий - по восемь. Эти периоды называют мал ым и . В них при переходе от водорода или щелочно го металла к благородному газу высшая валентность элементов по степенно возрастает от I (у водорода и щелоч н ы х метал солов ) до VII (у галогенов). Если бы удал о с ь получить с11единения инертных газов неона и аргон а , то и х мак _ .. мальная валентность была бы равна VIII. no 11 и ы " В l8 отличие от первых трёх пер иодо в, четверт следующие (пятый, шестой, седьмой ) содерж ат no и более элементов, их называют большими. о го мета лла ... Чет ·· nий • вертыи период нач инается с щелочи калия, за ним идёт щёлочноземельный металл :каль 180 Периодический закон . Периоды Zn) также являются ме гал таллами, за ними расположен ещё один металл Следующие 10 элементов (Sc - лий, а далее германий, обладающий полупроводниковы ми свойствами, и мышьяк, проявляющий неметалличе ские свойства. Заканчивают четвёртый период типичные галоген бром и благородный газ криптон. неметаллы - При движении по четвёртому периоду также наблюдает ся переход от элементов-металлов к элементам-неметал лам. И в этом случае высшая валентность элементов по степенно возрастает, но в отличие от малых периодов это повторяется дважды. Ход изменения валентности в четвёртом периоде ока зывается нарушенным в трёх местах. Максимальная ва лентность железа, кобальта и никеля, а также криптона может достигать VIII, однако достоверных данных о су ществовании таких веществ получить пока не удалось. В то же время высшая валентность меди должна быть медь равна I, но это противоречит действительности в соединениях обычно двухвалентна. Объяснение этому факту будет дано в курсе химии 10 класса. Если вы были внимательны, то заметили, что, рас полагая элементы в ряд, мы один раз пренебрегли прин ципом возрастания относительной атомной массы: бла городный газ аргон (Ar = 40) расположен раньше ще лочного металла калия (Ar = 39). В противном случае был бы нарушен принцип периодичности: ведь благо родный газ всегда предшествует щелочному металлу. Как объяснить это отступление от правила? Всё дело в не том ' что в атомной основе периодичности лежит изменение ~ массы химических элементов, а другои, принципиально более важной их характеристики. Д. И. Менделеев не знал ещё о её существовании. Эта характерис т ика - заряд ядра - рассматривается в сле- дующей главе учебника. Воnросы и эад~ .~ .~. ~ж~:._~- ~)ЬSIIII . . . 1 . Сформулируйте Пери одичес кий закон• 2. Какие ряды химичес ких элемент ов называют периодами? З. Какие свойства элемент ов и их соединений изме няются периоди - чески? 181 КАЯ СИСТЕМА КОН И ПЕРИОДИЧЕС ЕСКИЙ ЗА rna■ a 6. ПЕРИОДИЧ ены элементьr иода располож к~ждого пе)р в какой части , отn 0 • ллов· б) лочных мета ще г еnов; а ло rа : ам ' тв меис сящиеся к се ? П риведите примеры. газов. в) инертных рактерньr· ) 4• иболее ха их элементов на ск че · а меми хи х ки ва? Приведи теnрим ст ой св е 5 • Для ка ки ес ич неметалл u еръr. таллические; б) ва простых в металлические своист еществв 6. Как изменяются 7 их риоде? дов химическ элемеnт 0 высших окси ы в ул рм фо е (о в ст ой св Составьт их нъ1 й характер ов те сн чь на оз об и u е уравнениа ' второго периода u) П люстрируит МИ ре- • ne- .t1. u кислотныи роил , рода(IV) ле уг амфотерныи и я ли Каерил u u лития, ва оксидов оксиды? др ги акции своист им ие u ют отвечающ вами о лада элементов кими своист ~х химических . 6 . 6 ды как: ды и гидрокси амфотерными · Высшие окси а) основными; б) 8. а являются: третьего период в) кисл ется ха~ улы. Как изменя ите их форм отными? Привед оде? единений в пери этих со рактер свойств стой и седьмой содержат ше ько элементов *9 . Скол периоды? Ка дьмой период? канчивается се м за ким элементо их к с е ч и м и х а м е т с и с я а к с е ч и д о (Ш Пери делеева. Группы элементов Д. И. Мен иодическом ваясь на Пер Основы построил цию классифика Мен законе, Д. И. эле химических кой системой. т Периодичес ю а в ы з а н ю ру ли записать ментов, кото де таблицы. Ес ви в ют ля ав едст дельную стро Обычно её пр периода в от о г о д ж а к ементов ные ме символы эл йства (щелоч ме се ые нн ве ы естест р ку так, чтоб разовывали ве делеев ны, таллы, галоге благородные газы) об и, то получим тикальные колонк ы (рис. 81 ). ической систем испо в ча ще Д. И. Менделее тк ую форм у Пе мпактную коро льзовал более ко риод т Пе длинный вариан ац учебни ка ). (см. первый форз одической системы ри д а , в каждом а В ней бо збиты на два ря льшие периоды ра ов енто в послед р и лентность элем сшая ва из которых вы пе е го и зв ес тн о семь едь Вс ., I. II V до I от _ с и, ни ед сл тельно возрастает о их. П ш ль бо ре ты че х и по ря:а одов: три малы к д авно: элем ен ты с не та мой период завершён н тези ро ва ны я си и л бы 8 1 -1 3 и 11 св ои на звал и ковыми номерам и л и уч л по и . вв I рубеже ХХ и X X в 20 16 г. 18 2 Периодическая система химических элементов Д . И . Менделеева. Группw Вертикальные колонки Периодической системы на зывают группами. В коротком варианте таблицы та ких групп восемь. Номер группы, как правило, совпа дает с высшей валентностью химического элемента, которую он проявляет в соединениях с кислородом. На пример, хлор и марганец, расположенные в VII группе, имеют высшую валентность VII, а элементы V группы фосфор и ванадий - валентность V. Каждую группу делят на две подгруппы - главную и побочную. В главную подгруппу входят элементы как малых, так и больших периодов, а в побочную только больших периодов. Побочные подгруппы составлены только из элементов-металлов (их называют переходны ми металлами). Иногда главные подгруппы называют А-группами, а побочные - В-группами. Например: фтор находится в группе VII А, а марганец - в группе VII В. В длинном варианте периодической таблицы число групп равно 18. Номера групп в коротком варианте таб лицы обозначают римскими цифрами, а в длинном арабскими. В длинном варианте таблицы главных и по бочных подгрупп нет, там они образуют отдельные груп пы, например: группа 1 щелочные металлы, группа 1 7 - галогены, группа 18 - благородные газы. Элемен ты побочных подгрупп занимают группы с 3 по 12. Об ратите внимание, как соотносятся номера групп в раз ных вариантах периодической таблицы. Подгруппы образованы элементами со сходным и свойствами: знакомые вам семейства щелочных мет ал лов, галогенов и благородных газов как раз и сост а вл я ют отдельные подгруппы (найдите их в Период ич е ск о й системе). Многие свойства элементов законо ме рн о из меняются в подгруппах с увеличен и ем отно си т ел ьно й атомной массы. В главных подгрупп ах пр и у ве личении атомной массы возрастаю'r ме 'галл и ч е ск и е с во йс тв а эле ментов и простых веществ, а немет алл иче с кие у б ы в ают . Так, в подгруппе углерода (глав ная под груп п а IV г руп пы) углерод, кремний и герм а н и й пр едс т а в ля 1от собо{1 неметаллы, а олово и с в ин е ц я вл яю т с я м е т аллам и. Сходными сво й с 1·вами обл а д а1от лишь эл е менты . принадлежащие к одн о й и 'Г ОЙ же п одгрупп е . С вой с тва элементов глав н о й и п о бочной подгруп п одно11 rр у ппы r••• 6. ПЕРИОД ический з д ко н У1 I I L' .. ~ ,.., -. · - g·I l i (1) с Опюсительная 1,008 гр~nа G Порядковый 1атомв~~1 й ) ~юме н Символ Водород название _____,Il □s- rп Ве 9,о~ элементы □ р- □ d- □,_ элементы элементы э л е мен ты 2 ь__:J БщЖМИЙ Na 3 11 к 4 39,1 Калий Са 20 Sc о l(алЬЦIIЙ 40 ,08 37 Sr 5 группа Тi 23 Cr 22 V 47,88 . ТИТ11Н 50,94 24 Радий Актиний [261) (262) [266] Лантаноиды ** 90 232,04 Торий 59 Празеодим Цер ий Ра 101 91 Протактиний 60 77 Осм ий 192,22 Иридий 1ов Mt [269] [268) Pm 61 Sm 62 150,36 [145) Самарий 93 Pu 94 (237) [24-4 ) Нептуний Плутоний Рис. 81. Длиннопериодный вариант Периодической системы могут существенно различаться. Например , в состав VII группы входят галогены - наиболее типичные неме таллы (главная подгруппа) и переходные металлы мар ганец, технеций , рений (побочная подгруппа) (рис . 82)· Есть ли У них что-то общее? :Как правило , у элементов одной и той же группы одинакова высшая валентность , которую они проявляют в кислородных соединениях , она равна номеру группы . 184 109 М ейтнери й 92 Np 238,03 Уран 76 lr Пром етий Неодим (231] - 190,2 144,24 u - Гасси й Nd 45 102,91 Родии 0s Hs 58,93 44 Rh 101 ,07 (264] 140,91 140,12 Th Актиноиды Рг Bh Бари й Сиборгий 58 75 j PVПna Ко6ал ы Ru 186,21 ~-___, 106 Дубний Re L VIIIB1 55,85 Рутен и й Рен ий 105 Sg Се * 74 183,85 104 Db Реэерфордий 43 [98) 9 2Б ~0 Fe Железо Технеций Вольфрам Тантал Гафний 42 Те Молибден 180,95 178,49 54,94 Марганец 73 W 72 Та группа 25 95,94 92,91 Ниобий Мп 51 ,996 Хром Ванадий 91 ,22 (227) (226) (223) Франций группа группа VIIIBo 88 Ас* * 89 Rf 87 Ra 7 VB Цирконий Лантан Барий Fr 8 IVB 138,91 137,33 132,91 Цезий 7 VIIB 56 \.а * 57 Hf 55 Ва 6 6 VIB 88,91 Иттрий Стронций Cs Сtсандий 87,62 85,47 Рубидий 44 96 ' 5 '-;:;;;;:;::;::.;:' .. NЬ 41 Мо 40 ----39 . Zr у 38 ---- ~-::.::.::.::.-=. Rb 21 4 группа группа Маrnий 19 1 1 1В 24,31 22,99 натрмй 3 12 Mg n атомная масса Перноднческоя снстемо хнмнческнх элементов д . И . м е нделееаа . Гpynnw Г~l 13 14 15 IIIA IVA VA группа группа G с 6 1 р 10 12 VIIII½ 118 12,01 Углерод 13 Si AI 26,98 группа 14 Медь Нмrеnь Pd 46 Ag 47 Au 79 Ds 110 Rg 111 Дармwтадтмй Ренпений Eu Gd Am 95 Америций Dy Диспрозий 97 Cf (247) Берклий 98 (251) Калифорний Bi 83 FI 114 Мс 115 67 Er 99 Fm [252] Эйнштейний Tm Ферми й 83,80 131,29 Ксенон 85 Rn 86 (222) (2 10) ~ Ts 117 Og IОганесон Теннессин 69 УЬ 11 8 [294] [294] 70 Lu 71 174,97 173,04 168,93 54 Хе Тулий Иттербий Лютеций 100 Md 101 No Lr [257] [260] Эрбий Гольмий Es 68 167,26 164,93 116 Ливерморий Московий 53 At [293] [288] (289] Но Lv 36 Kr Криmон ~ ~ - -- ' 1 126,90 (209) 208,98 ~ 35 Иод 84 39,95 79,90 127,60 Ро 18 ~ 52 1 Теллур 'Ar 35,45 Бром 51 Те 121.75 207,2 162,50 158,93 (247) 82 Флеровий 66 Sb 11 Хлор 78,96 Селен --' - ~ С/ - .-1~20 1 Нео+➔ 18 34 Br 33 Se Сурьма РЬ Фтор G ~ -e!F ~,-N 066 74,92 11 8,71 [284] ть Bk Кюрий 11з Нихоний Cm 50 ~ 112 Nh 65 Sn 204,38 [285] Тербий (243) 81 Коперниций Гадолиний 96 Т1 30,97 Мышьяк Олово ~ Сп 157,25 151 ,97 Европий 64 49 114,82 200,59 [280) (271) 63 80 ~ ~ ~ Hg 196,97 195,08 ln Индий Кадмий Серебро 78 Pt 48 112,41 107,87 106,42 Памадий Cd 15 72,61 Германий Галлий Цинк р 32 As 69,72 65,39 63,55 ~ 15 ~ Кислород Фосфор 31 Ge ~~---~ ~О 28,086 Кремний Алюминий 58,69 группа nп~~ Менделевий 102 (259) Нобелий 1 оз [262) Лауренсий Помимо кислородных соединений большое значение имеют соединения с водородом. Они известны почти для всех элементов Периодической системы , однако наиболее типичны для неметаллов. В водородных со единениях неметаллов валентность элемента часто не совпадает с валентностью в высшем оксиде . Чтобы её определить, надо из 8 вычесть номер группы. Напри мер, хлор, расположенный в VII группе, в водородном 185 rno■o 6 . ПЕРИОДИ ЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕ С КАЯ С И С ТЕ МА VII 8 4 9 F ?s .1 2 p 1' 18 , !)!)84 Фтор j ,4 17 CI Зs 1 Зр s 3 5 ,4 53 F Хлор Mn )r 25 J5 4s' Mn 25 Марганец 34 35 Br 4S 2 4p 5 43 Те 4d 55s 2 186 ,2 4f 14 Re [262] i ибден Технеций __ ,,, 52 53 (99] 1 5s 2 5p 5 1 126 ,9044 Иод w 75 Bh 4552 5f 14 бd 5 7s 2 Re 76 186,2 Побочная подгруппа : свойствами ~ Br 35 4S 2 4p ' 79 904 Бром 1 5s 25p 5 53 '1 26 ,9044 Иод At 85 55 Z5ps 210 Астат Гл а в на я п одгруппа - 4 At 85 галогены: бs 2 6Р 5 210 типичные неметал л ы , О] переходные металлы, обладают сходными 19( Рений , ам &орий 4f 14 5d 5 6s 2 17 35 <153 Хлор 101 ,0 27,60 5d 5 бs 2 Рений 107 CI З s 2 З р;. 4d 5 5s 2 4d 5 5s' 9 18 'J'J84 Фтор St Те 44 Мо 43 Технеций 75 79 ,904 2 S' 2p ~ Бром Марганец (99] Зd 5 4s 2 Хром 7 8 ,96 Зd 54s 2 54 ,938 54,938 ,,,_ Астат g 107 •s2 [262] IIЙ обладают сходны ми Bh s,146ds75 2 1( свойствами (21 &орий R201 Высшая валентность VII Рис. 82. Химические элементы VII группы Период иче ской системы соединении одновалентен: 8 - 7 = 1 , поэтому формула его водородного соединения HCI. Элемент V групп ы фос фор в водородном соединении трёхвалентен : 8 - 5 = З , формула вещества РН 3 • Для удобства общие фор~улы высших оксидов и летучих водородн ых соединении вы несены в отдельные строки периодической таблицы . Следует помнить, что формулы летучих водородных со единений относятся л ишь к эле мент ам - неметал л ам . в нижнеи части периодичес к ой таблицы р ас п ол о:,1<е,. V ны лантано иды и акт ин ои ды. Эти элеме нты следую 186 1 Характеристика химического элемента по его положе нию 8 П _ ернодическон снстеме после лантана (No 57) и актиния (No 89) и фор мально тоже принадлежат к 111 группе (подгруппе скандия). Однако размещ:ние этих эл:ментов в таблице сделало бы её громоздкои и неудобнои, поэтому обычно их вынос .. за ее пределы. ят Воnросы и задания 1 1. Опишите, как построена Периодическая система химических элементов. 2. Что называют периодом, группой, главной и побочной подгруп пами? 3. Чем различаются короткий и длинный варианты периодиче ской таблицы? 4. 5. Почему седьмой период называют незавершённым? Назовите химические элементы I группы Периодической систе мы. Какие из них принадлежат к главной, а какие - к побоч ной подгруппе? 6. Перечислите все элементы V группы. Какие свойства элементов являются общими для всей группы? 7. Как изменяются металлические свойства элементов в периодах; 8. Найдите в Периодической системе наиболее активный металл в главных подгруппах? и наиболее активный неметалл. 9. В каких периодах и в каких группах расположены азот, кисло род, водород, медь, железо, алюминий? Какие из этих химиче ских элементов находятся в главных, а какие - в побочных подгруппах? (В Характеристика химического элемента по его положению в Периодической системе Открытие Периодического закона и создание Пер~ одической системы химических элементов - величаи mее достижение науки XIX в. Периодичность измене ния свойств элементов была известна и до Менделеева. Гениальность русского учёного в том, что он :1ервым увидел в этой периодичности фундаментальн~1и закон природы и положил его в основу составленнои им таб лицы. Работа над первоначальным вариантом Перио- 187 ИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КИЙ ЗАКОН И ПЕРИОД r.na ■a 6 • ПЕРИОДИЧЕС ------ й Ив Мендеnеев Дмитри ( 18 34 -1 90 7} анович кий учёный , талантли Замечательный русс вь,11 щественный де ятель .. преподаватель, об ' внес. оте ие ит зв ра в д ла чественн 011ший большой вк семье учителя в е ск ль р бо То в ся 11 науки. одил _ азии Обучал ся в Пе мн ги и но ст ме а ор · директ · т педагогическом инс итуте 11 r тер б урге в лавном ием . Два года он nровёл окончил ег~ с отблич за границеи в ла о химика оратории известног 18 63 r. был избран проРоберта Бунзена. В тербургского технологифессором сначала Пе - Петербургского института, а затем ческого . университета ил в J869 г. И. Менделеев состав одической системы Д. Первый вариант Пери совершенствовал Пе ёный одновременно уч rr. 71 18 69 18 В химии для сту в возрасте 35 лет . и писал учебник по в то ен ем эл их ск че хими рным риодическую систему стал самым популя рый на долгие годы то ко , и» ми хи ы ов «Рассуждение дентов - «Осн я Д. И. Менделеева ци та ер сс ди ая ск ор кт творов . учебным пособием. До мической теории рас была посвящено хи й» до во с та ским ир сп иче ется хим о соединении в воде сопровожда ществ что растворение ве В ней он доказал, во и растворителя. створённого вещест созданием взаимодействием ро к. Он работал над широ ого был необычайно рии, руково Круг интересов учён тво Российской импе тс га бо е ны од ир пр ал изуч ной метрологии, бездымного пороха, начало отечествен ложив й мер и весов, по дил Главной полото ные затмения. лнеч ре, изучал со м шо л но воздушно путешествова й Иванович часто одное время Дмитри В своб и данов, закупая изготовлением чемо все необходимые материалы непремен но жды, покупая товар, он вают, что одна ином дворе . Рассказы в петербургском Гост ением книг занимался переплет й госпо то этот почтенны прос покупателя «К спиной но во услышал, кок за его ? Это же л : «Неужели не знаете дин?» продавец ответи дел известный чемоданных мастер Менделеев». ми тем, что мног и е хи ь ас ял жн ло ос ы к, дической систем были открыты. Та не ё ещ я ем вр то но го ческие элементы в одного не было известно ни элемента, располож ен ли судить по ом. Однако, ес як шь мы и ом между цинк II гр уп нк - это элеме нт ци и, ст но нт ле ва максимальной A s20 s)· - V (высший окс ид жд у цинк ом и ме о чт л, жи ло по ед пр Менделеев як пы (оксид Zn O ), а мышь д. И. тных в то диться два неизв ес хо на ны лж до ом мышьяк ен бы ть х по свойствам долж ни из ин од : та ен ем время эл емний. Он наз ва л а другой - на кр похож на алюминий, м и на осно в ании по ие мн ре ак эк и ем ни ой · их экаалюми стеме предск аз ал их св кой си ложения в Периодичес ники Мендел ства. Многие современ 18 8 еева скептичесн: и Характеристика химического элемента по его положению в Периодической системе отнеслись к его предсказаниям. Однако элементы были обнаружены в природе галлием и германием. вскоре эти их назвали Свойства галлия и германия практически совпали со свойствами элементов, пред сказанных Менделеевым. Это подтвердило правиль ность Периодического закона. Повторим рассуждения великого химика, позволив шие ему предсказать свойства экакремния (германия). По такому же плану можно охарактеризовать любой химический элемент. 1. Определим положение элемента в Периодической системе, его порядковый номер и относительную атом ную массу. Германий расположен в четвёртом периоде, главной подгруппе IV группы, имеет порядковый номер 32 и от носительную атомную массу 73. Д. И. Менделеев вычислял атомную массу элемента как среднее значение атомных масс четырёх его бли жайших соседей по Периодической системе двух по периоду и двух по подгруппе. Соседи германия гал лий, мышьяк, кремний, олово (найдите их в Периоди ческой системе). Относительная атомная масса герма ния будет примерно равна одной четверти от суммы их атомных масс: Ar(Ge) = ~ (Ar<Ga) + Ar<As) + AiSi) + Ar<Sn)) = = ~(70+75+28+1 19)=73. Д. И. Менделеев, не зная точно атомную массу эка алюминия (галлия), получил значение 72. 2. Определим, металлом или неметаллом является элемент. Как вы помните, металлические свойства за кономерно изменяются в периодах и подгруппах. В главной подгруппе IV группы (в неё входят хими ческие элементы С , Si, Ge, Sn, РЬ) германий располо жен между неметаллом кремнием и металлом оловом. Можно предположить , что он обладает свойствами как металла, так и неметалла. Дей ствительно, германий имее т метал личе с кий бл е ск , н о в то же в р емя является полупровод ни к ом . 189 ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ~~~~~~=:..:=.:..- -- -- -- -- -- - -- -------- 6 ~rn~a~•~a~- че3 . Определим максималф ьную валентностьохими 0:Кстж им ента и состав ского эл ем ормулу его высшег х.1.Да, в кислородМаксимальная валентность элементов вило, совпадает с номер как пра ениях ' расположенныи... в IV группе в с ом ных сое дин ерманий во, .. ' группы. г 3 1н1: высm его ит, их соединениях четырехвалентен.б нач мния оксид имеет формулу GeO 2. Подо но оксиду кре SiO2, он является кислотным оксидом. анчивается. Оба На этом сходство с крем~ием не зак растворяются в щело оксида не реагируют с вод о и, но чах с образованием соли и воды: SiO 2 + 2Na OH = Na 2 SiO 3 + Н 2 O; Силикат натрия GeO 2 + 2Na OH = Na 2 GeO 3 + Н 2 O. Германат натрия ры этих солей обра При действии кислоты на раство германиевой кис зуются белые осадки кремниевой и лот: Na 2 SiO 3 + 2НС1 = H 2SiO 3 l + 2Na Cl; Na2 GeO 3 + 2НС1 = H 2 GeO 3 l + 2Na Cl. указывать элементов-неметаллов принято динения. формулу летучего водородного сое дном соединении Валентность германия в водоро Для 4. ентностью в оксиде. равна: 8 - 4 = 4. Она совпадает с вал GeH 4 • Это вещест Формула водородного соединения во неустойчиво и легко разлагается. много полез На данном примере вы убедились, как го элемента и ной информации о свойствах химическо его соединений можно извлечь из Периодической сис темы. 1 · 2 • В .. на ? чем состоит значение Периодического зако кте Исходя из положения в Периодической системе, дайте хара ) брома ; ристику химических элементов: а) калия ; б) г) аргона. 190 селе на ; в Характеристика химического элемента по его положению в Периодической системе З. Напишите формулу летучего водородного соединения серы (се роводорода). Вспомните, какими свойствами обладает его вод ный раствор, и подтвердите их уравнениями реакций с оксидом кальция и гидроксидом калия. 4. Напишите формулу высшего оксида хлора. Известно, что при взаимодействии с водой он образует хлорную кислоту HCI0 4 • Будет ли этот оксид реагировать с раствором гидроксида ка лия? Напишите уравнение реакции. 5. Существование галлия было впервые предсказано Д. И. Менде леевым, который назвал его экаалюминием. Попробуйте вслед за Менделеевым предсказать свойства этого элемента, исходя из его положения в Периодической системе. Каков характер свойств оксида и гидроксида галлия? Напишите уравнения ре акций оксида галлия с серной кислотой и расплавленным гид роксидом натрия. 6. Как вы понимаете слова Д. И. Менделеева: << Периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает>>? Твор11еские эадани• 1. Познакомьтесь с различными видами Периодической системы химических элементов, представленными в Интернете. Найди те в них группы и периоды. 2. Подготовьте сообщение о жизни и деятельности Д. И. Менделе 3. Выясните, какие учреждения, организации , учебные заведе ева. ния, улицы, площади, станции метрополитена в вашем городе 4. или районе носят имя Д. И. Менделеева. Элемент водород в некоторых вариантах периодической табли цы помещают в первую группу, а в некоторых - в седьмую. Вы ясните, какие свойства элемента водорода и простого вещества водорода сближают его с щелочными металлами, а какие *5. - с галогенами. Ответ представьте в виде таблицы. 114-й элемент был назван флеровием в честь российского физи ка Г. Н. Флёрова, основателя Объединённого института ядер ных исследований в Дубне. Какой группе принадлежит этот элемент? Какие свойства можно предположить У флеровия? *6. Известно, что д. И. Менделеев был очень близок к тому, чтобы получить Нобелевскую премию по химии за открытие Перио дического закона. Почему он всё-таки её не получил? Найдите ответ в информационных источниках. *7. Какие открытия, кроме Периодического закон а , совершил Д. И. Менделеев? 191 ЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ------- Ч :::_:::.:...:.:...:.~------------Р И~О~Д~И~ •а~•~-~П~Е~ rr11J1~а~ ~ Первые попытки классификации химичесRи:х элементов привели к выделению естественных се мейств сходных элементов, например щелочных металлов и галогенов. Типичные металлы образуют основные оксиды а неметаллы - кислотные. Присоединяя воду, мно~ гие оксиды превращаются в гидроксиды - основания и кислоты. Существуют гидроксиды, проявляющие как кислотные, так и основные свойства. Их называ ют амфотерными. К числу амфотерных принадлежат гидроксиды цинка, хрома, бериллия и алюминия . Оксиды этих элементов также амфотерны. Расположив элементы в порядке возрастания их относительных атомных масс, Д. И. Менделеев сфор мулировал Периодический закон: свойства химиче ских элементов, а также образуемых ими простых и сложных веществ находятся в периодической зави симости от относительных атомных масс элементов. На Периодическом законе основана Период иче ская система - классификация химически х эле ментов, которую представляют в форме таблицы . Ряд элементов, расположенных в порядке возраста ния их атомных масс, начинающийся с водорода или щелочного металла и заканчивающийся инерт ным газом, называют периодом, а вертикальные ко лонки - группами. Каждая группа химических элементов делится на две подгруппы - главную и побочную . В гл а в н у ю подгруппу входят элементы как малых , так и боль ших периодов, а в побочную - только больших пе риодов. Элементы , принадлежащие к одн ой и то :й же подгруппе, обладают сходными с во й ст ва ми . Сформулированный Д. И . Мендел еевым Пери: одическии закон - одно из важнейших до стижении химии. Он позволяет предс к азы вать сво йства но.. вых ' еще не открытых элементов а Пе ри од ическая ция ' система и это не только наглядная и ллюстра П ериодического закона, но также удобный краткии справочник. 192 - ГЛАВА 7 Строение атома. Современная формулировка Периодического закона В Ядро атома В рамках атомно-молекулярной теории считается, что все вещества состоят из атомов. При химических реакциях атомы не изменяются, а лишь переходят из одного вещества в другое. Иными словами, атомы хи мически неделимы. Недаром слово <<атом>> в переводе с греческого означает <<неделимый>>. Можно было бы предположить, что атом вообще невозможно разделить на более мелкие части. Такие взгляды господствовали долгое время. Остава лось неясным, чем атомы одного вида отличаются от атомов другого вида. В XIX в. была известна лишь одна количественная характеристика атомов - масса. Имен но её Д. И. Менделеев принял за основу при построении Периодической системы химических элементов. Одна ко он не мог объяснить причин периодичности. Было непонятно, почему атомы с близкой массой, например алюминий и кремний, сильно отличаются по свойст вам, в то время как атомы с различными массами могут обладать сходными свойствами. Таким образом, для ха рактеристики атомов знания их массы недостаточно. Всё это наводило учёных на мысль о том, что атом имеет сложное строение. Первые экспериментальные подтверждения этого появились в конце XIX в., когда было обнаружено, что некоторые вещества при сильном освещении испуска - 193 7 ,.,...... . -------- ~ СТРОЕНИЕ АТОМА. СОВРЕМЕННАЯ ФОРМУЛИРОВКА ПЕРИОДИЧЕСКОГО ЗАконд ют лучи, пр едставляющие собой поток элек:троно в - ельно заряженных элементарных частиц Э отрицат назвали фотоэффектом. Позже выяснил· осьто явление что существуют вещества, которые самопроизвольно: даже в темноте испускают электроны и некоторые дру гие частицы. Это явление назвали радиоактивностью. Открытие фотоэффекта и радиоактивности однозначно свидетельствовало о том, что внутри атомов есть электроны. Электрон - .. самая легкая из известных элементар- ных частиц. Его масса (9,1 · 10- 31 кг) в 1837 раз меньше массы самого лёгкого из атомов - атома водорода. Электрический заряд электрона называют элементар ным - он наименьший из всех зарядов. Все известные положительные и отрицательные заряды кратны заряду электрона, поэтому его абсолютную величину принима ют за единицу измерения. Именно в этих единицах обычно указывают заряд всех частиц: электронов, ионов и др. Заряд самого электрона равен -1. Атом не имеет электрического заряда, значит, поми мо электронов в нём должны содержаться и положитель но заряженные частицы. Весь положительный заряд атома сосредоточен в центре, в ядре, которое окружено отрицательно заряженными электронами. Ядро - са мая тяжелая, но одновременно и самая маленькая часть атома. Масса ядра составляет 99,97% от массы атома, ~ Электрон около е а его радиус примерно в сто ты ---- ' сяч раз меньше радиуса атома \ \ \, Ядро а тома (рис. 83). Иными словами, если размер ядра мысленно увели чить до 1 см, то атом будет больше всех самых высотных зда ний (рис . 84 , а). Ядр а всех ато: мов входящи х в состав земнои ' коры, могут уместиться в нут_ 0 ри одного многоквартирного д Рис. аз. Атом состоит из п оложительно заряжен н ого ядра и отрицательно зар яженных эл ектронов 194 ма. Ядерное вещество обладае~ необычай но высокой nлотнро _ стью - она в миллион миллиа дов р аз больше плотно е ти в одЬI• Ядро атома а) Кремль МГУ Рис. 84. Так выглядел бы атом натрия, если бы размер его ядра а трия чился до 1 см (а); реальное изображение атомов н увели на поверхности, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (6) 1 Атом - это электронейтральная частица, состоящая и отрицательно за из положительно заряженного ядра ряженных электронов. онов Ядро атома состоит из частиц двух видов - прот положительно заряженные и нейтронов. Протоны 1, а нейтроны не имеют заряда. частицы с зарядом ётся про Значит, весь положительный заряд ядра созда Массы про тонами. Их общее число равно заряду ядра. й атом тона и нейтрона примерно равны 1 а. е. м. Любо 1 д ом электронейтрален, т. е. число протонов с заря + + еде ния всегда равно числу электронов с зарядом - 1. Св 1 7. о частицах, образующих атом, обобщены в таблице нейт Долгое время учёные считали, что протоны и ицами, т. е . н е м о роны являются элементарными част гут быть разделены на более мелкие ча с ти. Те п е рь до ка е ни е и сос т оят зано, что они тоже имеют слоJ-н:ное стро с чит ают :Jле мРн из трёх кварков. Электрон д о с их поµ тарной частицей. нчР с 1'о го ~>-' ll' Во всех атомах одного и того )К Р х11м мента число протонов z в се 1 'дн од1111н1-< ов о (н рннн о ~т р н - / 9 ,; СТРОЕНИЕ дтомА. r11a•a 7 • СОВРЕМЕННАЯ ФОРМУЛИРОВКА ПЕРИОДИЧЕСКО ГО ЗдКО частмць1, образующие атом Та6nица17 ОбоОткрытие Частица значе- Мае- За- Элект- ё рон Протон р ряд число вкг в а. е. м. - дж . Дж. Томсон, 189 7 -1 о 9,11 • 10-з1 0,00055 Э. Резерфорд, +1 1 1,67 • 10- 21 1,0073 о 1 1,67 • 10-21 1,0087 192 0 п Масса совое ние Нейт- НА --- Дж. Чедвик, 193 2 рон ду ядра), а число нейтронов N быв ает разным, поэтому масса атомов одного и того же личной. Это означает, что не элемента может быть раз масса, а именно заряд яд ра является основной характери стикой, отличающей атомы одного вида от атомов другого вида. Зная стро ение ядра атома, можно дать бол ее точное определение понятия << химический элемен т>> . Химический элемент - это вид атомов с одинаковы м 1 зарядом ядра. В связи с открытием сложного стр оения атома была изменена и формулировка Пер иодического закона: свойства химических элементов , а так же образо ван 1 ими веществ находятся в периодиче зарядов атомных ядер ных ско й зависимости от . Воnрось1 и задан и• · _, .-·?.:,. . ---~ - ·1{-"' •··· il 1. Какие частицы входят в состав: а) атом Какой они имеют заряд? ' р а? а; б) атомного яд · 2. Какие характеристики атома вы знаете? ~ вт •> · 3 • д аит е определения поняти й ((атом ,> кий элеме и <<хи мичес 3 ако· 4 • п риведите современн д ич е скоr о ую формул ировку п ери о 5• ? на. ч ем она отличается от той , которую вы уч или ранее в содер· Я дро атома гелия имеет заряд + 2. Ско л ько электрон о жит атом гелия? 196 с Порядковый номер Jлемента . И3отоnw 6. Атом углерода содержит 6 электронов. Чему равен заряд: а) ато ма углерода; б) ядра атома углерода? 7. Заряд ядра элемента в 2 раза больше номера его группы в Периодической системе. Какой это элемент? Сколько электро нов в его атоме? Е Порядковый номер элемента. Изотопы В 1913 г . ученик Э. Резерфорда английский физик Г. Мозли в опытах с рентгеновскими лучами определил заряды атомных ядер многих химических элементов и доказал, что заряд ядра всегда численно равен поряд ковому (атомному) номеру элемента в Периодической системе: Порядк о вы й номер Заряд ядра _ - Число протонов в ядре (Z) Число э лемента электронов в Периодич ес кой сис т еме Так, порядковый номер водорода равен единице , яд ра всех атомов водорода имеют заряд + 1, т. е. содержат один протон (Z = 1). В то же время атомы водород а мо гут различаться числом нейтронов в ядре (и, следова тельно, массой): ядра атомов обычного водорода совсем не содержат нейтронов (N = О), ядра тяжёлого водород а (дейтерия) содержат один нейтрон (N = 1), а ядр а сверх тяжёлого водорода (трития) - два не й трон а (N = 2) (рис. 85). ё е ё cl • Рис . 85. 'Гр и и;.ютопа в од о r одn 197 rпа•а 7 • СТРОЕНИЕ АТ О МА СОВРЕМЕННАЯ ФОРМУЛИРОВКА ПЕРИОДИЧЕского · ЗА.КОНА -----.: ._ и нейтронов в ядре нааь об ще е число протонов А. 1вают массовым числом атома . A=Z +N. [массовое число \ = \ Число протонов \ + Так как масса каждого -протона и нейтрона при но равна 1 а. е. м., а масса электрона очень мала то Мер- , .мас совое число атома приблизительно равно его оти ~ ~ п, ОСU - mеЛЪНОи атомнои массе. В ядерной химии используют специальные обозна чения атомов: заряд ядра, т. е. порядковый (атомный) номер пишут слева внизу от символа химического эле мента, а массовое число - слева вверху, например: Массовое числоА ~ ~ 16 0 - - - Символ химического 8 элемента Порядковый (атомный) номер Z Иногда нижний индекс опускают: 16 0. Разновиднос ти атомов одного и того же химического элемен та, ко торые имеют одинаковый заряд ядра, но разную массу (массовое число), называют изотопами. Изотопы одно го и того же элемента различаются числом нейтронов в ядре. В названиях изотопов кроме названия химиче ского элемента указывают и массовое число атома: Углерод-12 Углерод-13 12 с 6 Изотопы око· Всего известно более 2000 изотопов, из к ото ры хчeIJЬI ло 300 существуют в природе, а остальные пол~ре ча· искусственным путём. Например, в приро~~ вск сло· ются три изотопа кислорода : кислород- l б ( 11 ), о:йства род-17 ( 17 0) и кислород-18 ( 18 0). Химич е ские с в :йс тва изотопов одинаковы, а некоторые физ ичес кие св о незначительно различаются . 198 Порядковый номер элемента. Изотопы Зная мер порядковый элемента и но массовое число изотопа, легко рас считать, сколько элект ронов, протонов и нейт ронов содержит данный атом. Число электронов равно числу протонов которое совпадает с Z, по Рис. 86. Радиоактивный металл рядковым номером (заря кюрий светится в темноте, дом ядра), а число нейт ронов между N испуская большое количество равно разности массовым ядер гелия числом А и зарядом ядра: N=A-Z. Большинство видов атомов существует вечно, т. е. их ядра не распадаются. Однако некоторые изотопы об ладают способностью самопроизвольно превращаться в атомы других элементов, испуская электроны или ядра гелия (рис. 86). Способность ядер атомов самопро извольно распадаться называют радиоактивностью, а элементы, все изотопы которых неустойчивы и само произвольно распадаются, называют радиоактивны ми. Так, радиоактивными являются все элементы, сле дующие за висмутом в Периодической системе. Для многих из них в периодической таблице приведена не средняя атомная масса, а массовое число наиболее дол гоживущего изотопа (оно заключено в квадратны е скобки). Задача. Сколько электронов, протонов и нейтронов содержится в атоме урана-238? Решение. Уран имеет порядковый номер 92, следовательно, атом урана содержит 92 протона и 92 электрона . Н ай дём число нейтронов в ядре атома урана-238: N =A-Z; N = 238- 92 = 146. От в е т . 92 электрон а , 92 протона , 146 нейтро н ов . 199 ,_... 1. стРDЕНИ Все хи топов, Е дтоМд. СОВРЕ мичесК .. причем ч МЕННАЯ ФОРМУЛИРОВКА ПЕРИОД ИЧЕСКОГО ЗАКО Нд ие э лементы имеют по несколько тх ем выше заряд ядра элемен х1Зо- та, тем бол в он имеет. Так, водоро д о 6разует всего трьи roe изото~освинец (Z = 82 ) - 32 , с массоuвыми числами изотопа, . Из ни х то ль ко четыре наидены в nриро 4 от 183 д 0 21ны е получены искусствен но. д е а осталъ 'Многие химические элем енты встречаются в nриров виде смеси нескольких изотопов, например угл еро 15 14 16 ( N N) , ( 0, 11 0, 180 ~ Рекордсменом по числу пр иродных изотопов (10) явл я (~С, 1зс и 14С), азот и кислород ется олово. В то же врем я некоторь!е химическ менты имеют лишь од ие эле ин природныи изотоп , например 23 27 фтор (19F), натрий ( Na ), алюминий ( Al), фосфор (Зl Р). Вы, наверное, заме тили, что значения относитель ных атомных масс элементов, привед енные в периоди че ской таблице, не являют ся целочисленными: Ar< C) = = 12 ,01 1, Ar<Cl) = 35 ,45 3. В перв ую очередь это связано с тем, что большинство де в виде нескольких элементов встречается в приро изотопов, и значен ие, приведён ное в таблице, является том процентного соде средним, рассчитанным ржания каждого изот коре. Так, природный опа в земной хлор примерно на 75% из атомов 35 Cl и на 25 % состоит из 37 Cl, поэтому его атом ная масса равна 3 5, 5. 1. с учё Ядро атома химического элемента содержит два протона и один нейтрон. Запишите обозна чение этого атома с указан ием хими ческого сим вола, порядкового ном 2. Протон представляет собой ядр о некоторого атома. Запиши обозначение этого атома. 3. Сколько протонов и электроно в да; б) в молекуле воды? 4 • Сколько электронов простое вещество, 5 электронов. • Ч ера и массового числа. содержится: а) в атоме кис лор о в молекуле оксида углерода(П)? Назов ите молекула которого сод ерж ит с тол ь к о же ем отличаются атомы дву ского элемента? 6 • Сколько про х изотопов одн ого и тог о тонов и нейтронов сод ержат ядр углерода· 14, цезия-137? 200 те же химиче- а кислорода· 17 ' Электроны в атоме . Орбитали 7. Какой изотоп натрия содержит такое же чи " и изотоп 24Mg? ело неитронов, что 8. Напишите обозначения атомов ядра тона и 2 нейтрона. б) 15 ' котор~~х содержат: а) 2 про., ' протонов и 16 неитронов; в) 35 протонов и 45 неитронов. 9. Из приведённого ниже списка выберите: а) изотопы· б) атомы с одинаковым числом нейтронов в ядр . ) ' е, в атомы с одинаковым массовым числом: 1 6 0 14С 14N 1зс 8 '6'7 '6' * 10. Молекула водорода состоит из двух атомов с . колько разных видов молекул может быть образовано из трёх изотопов водорода? Во сколько раз самая .. ., легкои? " тяжелая из этих молекул тяжелее самой 11. Ск_?лько разных видов молекул воды может быть образовано из трех изотопов водорода и трёх изотопов кислорода? * 12. Ск_?лько разных видов молекул воды может быть образовано из трех изотопов водорода и трёх изотопов кислорода? Чему равна относительная молекулярная масса самой лёгкой и самой тяжё- лой из них? · * 13. Природная медь состоит из двух изотопов: 6 3Cu и 6 5 Cu. Рассчи тайте процентное содержание каждого изотопа в земной коре, если относительная атомная масса меди равна 63,5. (D Электроны в атоме. Орбитали В химических реакциях ядра атомов не изменяют ся. Что же тогда происходит? Какие изменения прете р певают атомы углерода при горении угля? Почему ве щества, содержащие атомы одного и того же элемента, например натрий, гидроксид натрия и хлорид натрия, так сильно различаются по свойствам, но в то же время имеют сходство с веществами, образованными атома ми других элементов (гидроксид натрия с гидроксидо м ка лия)? Учёные установили, что все химические свойства веществ определяются строением электронных оболо чек атомов. Благодаря чрезвычайно малой массе (почти в 2000 раз меньше, чем масс а протона и нейтрона), электрон обла дает уникальными свойс т вами, отл ичающим и е го от более крупных частиц , он одновременно прояв л я ет свойства и час т ицы , и волн ы говоря на учным язы ком, имеет двойств енную природу . Подоб но другим 20 1 7 СТРОЕНИЕ дтомА. СОВРЕМЕННАЯ ФОРМУЛИt'UВКА 11t:РИ ОДИЧЕского здк онд ---_ rna•a · частица~, э~ектрон обладае" определеннои массой и зарSI дом] в то же время движу щиися электрон проявл u яет волновые своиства. Волна отличается от частицы тем .. ' ч ее положение в пространст u в данныи момент то ве времени нельзя точно определить. Ког да ~ы говорите, то образую щиися при этом звук Рис.87. Электронное облако и атомная орбиталь (звуко вые волны) слышен не в ка кой-то определённой точке а во .. всем окружающем ' вас пространстве. Так и электрон находится не в одной конкретной точке, а образует электронное облако. Электронные облака, создаваемые отдельными электронами, в сумме образуют общее электронное об лако атома. Атомная орбиталь - это область пространства, где вероятнее всего находится электрон (рис. 87). При более строгом подходе орбиталь - это функция , которая описывает плотность электронного облака в каждой точке пространства. Каждой точке с координата ми х, у, z соответствует число - значение электронной плотности. Набор этих чисел для всего пространства и образует функцию - орбиталь. Форма орбитали, говоря упрощённо, есть график этой функции. Каждая орбиталь имеет определённую форму • Если электрон создаёт электронное облако данной формы, то считают, что электрон находится на данной орбита:и: или занимает орбиталь. Если электрон находится на Р битали, то она занята, если нет - свободна. и Орбитали различной формы обозначают р азнь~м" буквами: в, р, d и f . в-Орбитали имеют ф орм у ruaP' . , ор· иными словами, электрон находящийся на та:кон стъ , б, yro ча б итали ( его называют в-элек троном) , ольw eJO'l' 1 ' времени проводит внутри сферы. р-Орб итали иf-ор· форму объёмной восьмёрки (рис . 88). Формы d- н бит алей намного сложнее. 202 с Электронw • атоме . Орбитоnн - r5 11 tz z 1' ..--- у s у Рх Р11 Рис. 88. Формы s- и р-орбиталей / .. 7~ у PJ На каждой орбитали максимально могут размес титься два электрона, обладающие равной энерг ией. Орбитали характеризуются не только формой , но и энергией. Несколько орбиталей, обладающих равн ой или близкой энергией, образуют энерг етич еский уро вень (слой). Каждый уровень обозначают числ ом п (п = 1, 2, 3, .. . ) или заглавной латинско й буквой (К , L , Ми дальше по алфавиту). Для первого уровня п = 1, его обозначают буквой К, для второго п = 2 (уров ен ь L), для третьего п = 3 (уровень М) и т. д. Н а пр и мер , стро ение атома натрия может быть пок а з а но т а 1с окр у жн о стью обозначено ядро, имеющее заряд + 11, а дуга ми - энергетические уровни: п Гl - 2 - 1 L ll = 3 J\J к Na @ ) 2е ве 1 Уровень с номе ро м п вкл1очает п 2 орби тал е й, поэт о му м аксимальное число электронов N на этом у р о вне опре дел яют по ф ор м уле : N = 2п 2 • Та1< им образо м , на п е рво м э н е ргетиче с к о м м а кси м ально м огут н а ходи· 1ъс я ром - 8, н а треть ем - 18 и т. д . уров н Р 2 3JI (н-<т ронн . 11н uто r11a•a 7 • СТРОЕНИЕ дтоМА. cu t)ri:,.. .. ," ..... воnрось• и эадани• 1. :какое нео бычноесвойствоэлектрона отличает его о т более крупных час- ~~?называют: а) электронным) обла- 2. ком; б) атомной орбиталью; в энергетическим уровнем? :Какую форму имеют s- и р-орбитали? :: Сколько электронов может макси 1~ мально находиться на втором и треть •s. ем энергетических уровнях? На рисунке 89 пред:тавлены о_~бита ли атома азота. Наидите на нем 1s-, 2s-, 2р-орбитали. Изобразите рису нок в тетради и подпишите каждую Рис. 89. Орбитали атома азота орбиталь. [Ш Строение электронных оболочек атомов Для того чтобы описать электронное строение атома, надо знать, как именно распределены электроны по энергетическим уровням. Электроны занимают уровни последовательно, в порядке увеличения их энергии. Сначала <<заселяется>> первый энергетический уровень, после его завершения заполняются второй и т. д. Рассмотрим , как электронами энергетические уровни в атомах элементов, расположенных в начале Периоди ческой системы. Число электронов в атоме химического элемента, как вы помните, равно заряду его ядра, а следователь: но, порядковому номеру элемента в Периодическои системе. Например, в атоме водорода (Z = 1) всего од:: электрон, а в атоме кислорода (Z = 8) - восемь. э:ле· тронная оболочка атома каждого последующего мента Периодической системы отличается от электр u oII· чи с л о нои оболочки предыдущего на один электрон. _ перио у энергетических уровней в атоме равно н омер да, в котором расположен элемент. 1<с:н· Первый энергетический уровень вмещает матонт мально два электрона, поэтому первый период сос 204 • Строенне электронных оболочек атомоВ' - лишь из дву: элементов водорода и гелия. в атоме гелия первыи энергетический уровень завершён. В атомах в:ех элементов второго периода первый энерrетическии уровень также завершён и постепенно заполняется второй энергетический уровень. Он может содержатuь не более восьми электронов (2п2 = 8), поэто му второи период включает восемь химических элемен тов. В атоме неона, элемента, заканчивающего второй период, и первый, и второй энергетические уровни ока зываются завершёнными. В атомах химических элементов третьего периода и происходит заполнение электронами третьего энергет ческого уровня (п = 3); он может максимально вмещать 18 электронов. Однако в третьем периоде всего восемь элементов. Объясняется это именно тем, что на внеш нем уровне не может находиться более восьми элект ронов. Заполнение третьего энергетического уровня до 18 электронов происходит в атомах элементов четвёрто го периода, где этот уровень уже не будет внешним. Строение электронных оболочек атомов первых 36 элементов Периодической системы представлено в таб лице 18. В ней ядра атомов изображены в виде окруж ностей, в которых указаны их заряды. Энергетические уровни условно показаны дугами; цифры под ними обо значают число электронов на данном уровне. Химические свойства элементов определяются не всеми электронами, а только теми, которые обладают наибольшей энергией. Эти электроны называют ва лентными. В атомах элементов главных подгрупп ва лентными являются электроны внешнего энергетиче ского уровня. Число валентных электронов равно но меру группы, в которой находится химический элемент. Например, атомы водорода, лития, натрия и калия, расположенные в главной подгруппе I группы , имеют по одному валент но му элек трону, а атомы элементов главной подгру ппы IV груп пы - углерод а и ~р е м н1:я - по четыре. Как вы помните , элементы од н о и и то и ж е подгруппы обладают сходными свойств ами . Это объяс няется тем, что и х атомы имеют сходное с троение вн е ш него энергетичес к о го уров ня, т. е . яв ля ются эл еl(mрон ными аналогами . З ав ершё н н ые вн у тренни е э н е ргетн- 205 4 3 2 1 ~ - щ а.. ::s:: g ~ 3 ~@ 1 4 в 5 с 13 Si ~J@ III 6 14 (k@ IV р N .:, ;) 19 S c 22 20 2 1 Ti 2 3 V '8 8 1 Cu 30 8 18 (j 8 F 16 CI ~k@ 8 10 ~@ 2 18 ~k@) Ne 17 A r \k@ 9 Не Cr 25 Mn 26 н 8 VIII Fe 27 ((k@) (~k@) ((k@ 24 s о VII Со 28 \ Ni '1а6nица 18 8 18 2 3 188 Zn Ga 1188 31 G e 9 ~ 5 188 3 2 As 810 2 5 188 7 188 36 8 14 i 3 188 ( ( Ц@; 35 Kr 13 i ((( k@ 3 4 Br 8 13 1 ( ( Ц@) 33 Se 8 11 ,! 8 15 2 - . lбi ((( k@) @ J) )) @);)) ) @ J)) ) @ J)) ) @ }) )) @;J)) ) @ J)) ) @)JJ )) Са 1 ,j 15 @)J)) ) @)J)) ) ((( ~ @) (((k@) (((k@) 29 (, ~~\8 к , 8 7 VI ЭЛЕМЕНТОВ (k@ V ((k@) (~k@) (~k@) (~k@) (~k8 12 Al (k@ Ве 11 M g (lk@ Na Li н i II ГРУППЫ 1.\:1 Строение эnектроннь1х оболочек атомов первых 36 элементов а ~ а о ;:,о:; ('") m ..с. ::s:: о J:] ::s:: m ..., ::::J )> ;:,о:; о:> о ::s:: ..., ~ ~ ..., е о ~ )> :::х: :I: m ~ се, ..., m о ?> n о ~ :I: "' ::s:: "' ~ о ..., ':"' n_. Q • Q ;' -- Строение электронных оболочек атомов ческие уровни атомов не оказывают существенного влияния на их химические свойства. Именно от числа валентных электронов зависит, яв ляется ли элемент металлом или неметаллом, каковы свойства его соединений и чему равна валентность в этих соединениях. С увеличением порядкового номера элемента в Периодической системе число валентных электронов периодически повторяется, что приводит к периодическому изменению свойств элементов и обра зованных ими веществ. Задание. электронное Охарактеризуйте строение атома серы. Порядковый номер серы в Периодической систе 16, поэтому атом серы содержит 16 электронов. ме элемент третьего периода, следовательно, Сера электроны в атоме серы расположены на трех энергети ческих уровнях. В атомах всех элементов третьего пе риода первый и второй энергетические уровни заверше ны. Число электронов на них равно 2 (на первом) и 8 (на втором). Сколько на электронов третьем, внешнем уровне? Сера находится в главной подгруппе, поэтому внешнего число валентных электронов (электронов уровня) равно номеру группы, т. е. 6. Проверяем общее число электронов: 2 + 8 + 6 = 16. Строение атома серы может быть представлено в виде схемы: sE!J\)) 2 в· 6 1• Почему первый пер и од содер ж ит в сего два х им и че ских эле м ен- - гетичес к ом та, а второй - восемь? l" _ 2. Сколько электронов находится н а . в н ешне м эне р · . а ) ли ти я угле р од а, с J 1 о ' уровне атомов следу ющи х элеме нт ов. ра;б)натрия , крем ни я ,хлора? 207 r11a■a 7 • СТРDЕНИЕ АТОМА. СОВРЕМЕННАЯ ФОРМУЛИРОВКА ПЕРИОД ~ ;~j 11ЧЕскоrо ~. . ~ ~ u 3 • Сколько энергетических уровнеи занято электр n) лития, натрия, калия; 6)6 ериллия, магния конами в атома , ра, хлора, брома ? 4. альци Назовите два элемента, в атомах которых завер гетические уровни . IUены 8 что общего в электронных конфигурациях фтора и х 5. они различаются? 6. Элемент третьего периода имеет на внешнем уро нов. Чему равен порядковыи номер элемента? u вне се э нер . лора? Ч ем 7э На внешнем энергетическом уровне элемента вто 7. J< · я; в) Фто: Ле1<тро- в два раза больше электронов, чем на внутреннемрого пер »ода кой это элемент? УРовне. :Ка- Число электронов на внешнем уровне элемента трет 8. б. да в два раза меньше о щего числа электронов на ьего перио в · нутренних уровнях. Какой это элемент? fD Изменение свойств элементов в периодах и главных подгруппах. Электроотрицательность· В состав каждой подгруппы входят химические эле менты, атомы строение - которых имеют сходное электронное являются электронными аналогами. Эти элементы и их соединения обладают сходными свойст вами. Нельзя ли предсказать эти свойства, зная элек тронное строение атома? Оказывается, можно. Свойст ва элементов и образованных ими веществ зависят от числа валентных электронов, которое, как вы уже знае те, равно номеру группы в периодической таблице. 3авершённые энергетические уровни, а также внеш ние уровни, содержащие восемь электронов, облада ют повышенной устойчивостью. Именно этим объясняется инертность гелия, неона и аргона: они не вступ ают в химические реакции. Атомы всех других химич еских элементов стремятся отдать или присоеди нить элек тр о· " ны, чтобы их электронная оболочка оказалась устан· чивои, при этом они превращаются в з аря ж е иные ч ас · u тицы. 3 аряженныи u атом или группу а том ов на з ь1вают ионом. Различают катионы - ионы , несущие поло~ 208 ю~· Измененне свойств элементов в пернодах н главных подгруппах тельный заряд, и анионы - отрицательно заряженные ионы. Рассмотрим щелочной металл натрий - элемент главной подгруппы I группы. Натрий - активный металл, он легко загорается на воздухе, реагирует не только с кис лотами, но и с водой. Высокая химическая активность натрия объясняется наличием в его атомах единственно го валентного электрона. Теряя этот электрон, атом нат рия превращается в положительно заряженный ион Na+ с электронной конфигурацией инертного газа (рис. 90). Ионы Na+ входят в состав всех соединений натрия, на пример соды и поваренной соли. В отличие от атомов нат рия, ионы натрия химически инертны и безвредны для организма. Весь натрий, содержащийся в организме че ловека (примерно 90 г), находится в виде ионов. Атомы других элементов-металлов также содержат на внешнем уровне небольшое число электронов - от одного до четырёх. В химических реакциях они стре мятся отдавать внешние электроны, превращаясь в по ложительно заряженные ионы - катионы. В атомах галогенов, образующих главную подгруп пу VII группы, семь электронов на внешнем уровне. До его завершения им недостаёт всего одного электрона, поэтому для них наиболее характерен процесс присо единения электрона (рис. 91). Атом фтора, например, присоединяя один электрон, превращается в ион F-, ко- Q!} -.....-J} . . .,~ . +e 2 Рис. 90. Атом натрия и катион натрия. Радиус иона меньше радиуса атома, так как ион содержит меньше занятых энергетических уровней -•-Q~'; / ' . 7 Атому фтора для завершения внешнего уровня не х ватает 2 -8 // Ион фтора обладает электронной конфигурацией одного инертного электрона газа неона Рис. 91. Атом фтора и анион фтора . Как в атоме , так и в ионе электр оны находятся на дву х э нергетически х уровнях 209 ЗАI( ТОМА СОВРЕМЕННАЯ ФОРМУЛИРОВКА ПЕРИОДИЧЕСКОГО ~ . r11a8CI 7. СТРОЕНИЕ А II 1 IП IV VI V VII VIII I-Ie н о о 0,050 0,037 Ве Li В 0 © 0 с N 8 о F Ne о о о 0,152 0,111 0,088 0,077 0,070 0,066 0,064 0,070 Mg А1 Si р Na s CI Ar о о о о 0 0 о 0,186 0,160 0,143 0,117 0,110 0,104 0,099 0,094 К Са Ga Ge Ав Se Br Kr 00 000 о о 0,231 0,197 0,122 0,122 0,109 0,114 0,117 0,121 ческих элементов Рис. 92. Радиусы атомов некоторых хими нм= 10-9 м) в нанометрах, нм (1 цию инертного га торый имеет электронную конфигура но отличается от за и по химическим свойствам силь фтора, состоящего из молекул F 2 • простого вещества ам галоге Атомы других неметаллов, подобно атом ческ ий нов, стрем.яте.я завершить внешний энергети уровень путём присоединения электронов . о газа Ионы с электронной конфигурацией инертног обладают повышенной устойчивостью. номе В каждом периоде с увеличением порядкового о в ал ентных ра химического элемента заряд ядра и числ электронов в атомах последовательно возрастают. этом радиус атомов уменьшаете.я (рис . 92), Пр:и исключени троIIОБ ем являются водород и гелий а притяжение элек IO ' астани возр к одит прив Это .я. аете ичив увел к ядру vст в свои не ких чес лли мета ию ван убы и х ески металлич ме е эле ичны п ти олее Наиб ств. веще тых ментов и прос 210 Изменение свойств элементов в периодах и главных подгруппах Схема 10 Ряд электроотрицательности О F "- - .._. CI N Br S С ~ . ~е~_:1~- . I ' Н Cu Zn -_____,_ Fe Са Mg Nа К ; ~ Металлы -~--· ,~·~1 Электроотрицательность возрастает таллы расположены в начале периодов, а наибо лее ти пичные неметаллы - в конце. Завершается каждый период инертным газом. В главных подгруппах с увеличением порядковог о номера элемента ( сверху вниз) возрастает число заня тых энергетических уровней, радиус атомов увели чи вается и притяжение валентных электронов к ядру ос лабевает. Это приводит к тому, что неметаллич еские свойства элементов и простых веществ убывают, а ме- Поnин r Лайнус ( 1901 -199 4) Выдающийся американский химик и физик. Ро дился в пригороде Портленда (штат Орегон). Когда ему было 9 лет, умер отец, и юный По линг должен был зарабатывать на жизнь, чтобы прокормить семью. В возрасте 1 6 лет он посту пил в сельскохозяйственный продолжил колледж, ~~ I ~ J ,.,.,._ затем ~1 _, 1 образование в Калифорнийском технологическом институте. Важнейшие науч ные работы Полинга посвящены изучению строения молекул и природы химической связи. Он выдвинул идею о гибридизации (смешении) атомных орбиталей, отрицательности создал химических шкалу электро элементов, изу- чал структуру белков и нуклеиновых кислот. В 1954 г. за исследо химической связи был удостоен Нобелевской премии по химии вания природы . _ Полинг был активным борцом за мир и разоружение. В годы «холоднои _ вои ны» учёный неоднократно предлагал прекратить испытания атомной бомбы . За активную антивоенную деятельность ему была присуждена Нобелевская премия мира ( 1962). Полинг считал, что многие болезни можно победить, потребляя больш~~ к~- кислот С ( о 1-2 г в день). Сам ученыи, личество аскорбиновои ы витамина д следовавший своим рекомендациям, дожил до 93 лет. 211 ,,.а■а 7. ПЕРИОДИЧЕск СТРОЕНИЕ АТОМА. СОВРЕМЕННАЯ ФОРМУЛИРОВКА ... Ого ЗАко ~ йства таллические возрастают. Металлические сво ны у нижн ким образом, наиболее ярко выраже , 'Га еrо ЭJI еу верхнего кие мента подгруппы, а неметалличес валентные эле1<.тр Способность атома притягивать оотрицатель о ны других атомов называют электр стью (ЭО). Сильнее всего притягивают электроn lto- цЬJ ато · ~ ведь им для завершения внешнего уровня нед~ в: фтора, кислоро мы наиболее активных неметалло хлора, д у их элек стаёт одного или двух электронов. Поэтом че всего отдают б троотрицательность наи ольшая. Лег аллов, в первую очередь электроны атомы активных мет Они обладают наи щелочных: лития, натрия, калия. По электроотри меньшей электроотрицательностью. ские элементы можно рас цательности атомов хи~иче инается с наиболее актив положить в ряд, которыи нач наиболее активными ных неметаллов и завершается металлами (схема 1 О). оотрицательности Шкалу для определения электр Л. Полинг. По шкале разработал американский химик ь фтора принята равной Полинга электроотрицательност треть 3,98, на втором месте находится кислород, на неметаллы расположе ем - хлор. Водород и типичные ны в середине шкалы; рицате л ь значения их электроот аллы имеют значения ности близки к 2. Активные мет чем 1,6 . электроотрицательности меньше ,.Q F е-, (.) g 4,0 ,.Q @ 3,5 CI е-, ~ ~ 3,0 Br I о. е-, о о о. 2,5 ~ 2,0 С1) 1:: ~ 1,5 1,0 Li Na Поря д1< овы11 16 20 24 28 32 36 40 Рис. 93 · Пери одическое изменени е элек троо тр иц атель элементов 212 ном е р но е т , 1 .... одах Изменение свойств элементов в пер .... и главных подгруппах В Периодической системе электроотрицательность элементов изменяется периодически (рис. 93). в пери одах и главных подгруппах её изменение совпадает с изменением неметаллических свойств: она возрастает при движении по периоду слева направо и убывает в подгруппе сверху вниз. Воnросы и эаАани• . 1 . Какие частицы называют ионами? 2 . Выпишите из приведённого ниже списка отдельно: а) атомы; б) катионы; в) анионы; г) молекулы. N а, N а+, О, 0 2 , 0 2 -, Fe, S0~-, Mg 2 +, HN0 3 , N0 3 , NH!, N0 2 • 3. Сколько протонов и электронов содержит: а) атом алюминия; б) ион Al 3 +? 4 . Атом какого элемента содержит столько же электронов, сколь ко их в ионе Na+? 5. Кислород находится в VI группе Периодической системы. Сколько электронов не хватает атому кислорода до завершения внешнего энергетического уровня? 6. В чём отличие иона натрия: а) от атома натрия; б) от атома нео на; в) от иона калия? 7. Почему химические элементы фтор и хлор обладают сходными свойствами? 8. Что называют электроотрицательностью? Назовите наиболее и наименее электроотрицательные элементы. 9. Какой из щелочных металлов обладает: а) наиболее выражен ными металлическими свойствами; б) наибольшей электроот рицательностью; в) наибольшим атомным радиусом? 1 О. Как изменяется сила притяжения валентных электронов к яд ру в периоде и в подгруппе? 11 . Для какого из химических элементов четвёртого периода наи более характерны металлические свойства? 12. Назовите элемент главной подгруппы IV группы, у которого наиболее выражены неметаллические свойства. 13. Расположите следующие символы в порядке возрастания ме таллических свойств элементов: а) Al, Na, Mg; б) Са, Ба, Sr. 14. Расположите следующие символы в порядке возрастания неме таллических свойств элементов: а) Те, S, Se; б) Br, Cl, F. * 15. Какая частица имеет больший радиус: а) атом натрия или атом калия; б) атом натрия или ион натрия; в) атом хлора или атом брома? Помните, что радиус атома возрастает при ~величении числа занятых электронами энергетических уровне и. 213 СТРОЕНИЕ А r11a ■ a 7 • 1. ТО МА · COBt'tMt:ППM.,, ..,...,, , .. ,, .... ~ u-- ,-. ' , ... , Yl'--1,ЦV 1 ·1t: 1... кoro 3АКОнд. ---.:...._ в Интернете на сайте ИЮПАК (International И . nzoп of u ) . н аид ите nd Ap,plied Chemistry современныи вид периоди u р ure a б та л ицы б • Сравните его с теми та лицами, которые при Чес«о•~1 r веденЬI в учебнике. 2 • Найдите в Интернете информацию Ко числе изотопов водорода и звестных к настоящему времени. акие из них являю те.я Ра-, з. диоактивными? Объясните, почему кобальт нба;'одится в Периодической систе ме левее никеля, хотя имеет ольшую атомную массу. Где ещё в периодической таблице наблюдаются такие перестановки? 4. Какие из элементов встречаются в природе: а) только в виде простых веществ; б) в виде просuтых веществ и в виде соедине ний; в) только в виде соединении? Приведите примеры. Объяс ните эти факты, исходя из электронного строения атомов. Атом рая это электронейтральная частица, кото - состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Число элект ронов в атоме равно заряду ядра. Почти вся масса атома сосредоточена в ядре, ко торое занимает ничтожную часть пространства все го атома. Ядро состоит из протонов и нейтронов; число протонов равно заряду ядра. Химический элемент - это вид атомов с опреде лённым зарядом ядра, который равен порядковому номеру элемента в Периодической системе. Атомы одного и того же элемента, отличающиеся массой (и количеством нейтронов в ядре), называют изото пами. Электрон обладае т свойствами как частицы , так и волны. Область простр анства, где вероятнее всего находится электрон, наз ывают атомной орбиталью . На любой орбитали может н аход итьс я не более двух электронов. Орбитали различ аютс я формой и энер: гией. Несколько орбиталей , облада~ощих равно~ или близкой энергией обр азуют энергетическии ов- , уровень. Электроны занимают энергетичес к и е УР ни последовательно, в порядке увеличения энергии . 214 Самое важное в rлаве 7 Свойства элемента и образованных им соедине ний определяются электронным строением его ато мов. Наибольшее влияние на химические свойства оказывают внешние, так называемые валентные электроны. Заряженный атом или группу атомов называют ионом. Различают катионы - положительно заря женные ионы и анионы - отрицательно заряжен ные ионы. Способность атома притягивать валентные элект роны других атомов называют электроотрицатель ностью. В периоде слева направо ослабевают метал лические свойства и усиливаются неметаллические, увеличивается электроотрицательность. В подгруп пе сверху вниз увеличивается радиус атома, возрас тают металлические и убывают неметаллические свойства, уменьшается электроотрицательность. Изучение ременную строения атома позволило дать сов формулировку Периодического закона Д. И. Менделеева: свойства химических элементов, а также образованных ими веществ находятся в пе риодической зависимости от зарядов атомных ядер. Периодическое изменение свойств элементов и образованных ими веществ вызвано периодическим повторением электронного строения внешнего энер гетического уровня атомов.

Химия 8. Еремин compressed

Похожие документы

Разделы

Поддержка

Химия 8. Еремин compressed

Похожие документы

Добавить этот документ в коллекции

Добавить этот документ в сохраненные

Предложите, как улучшить StudyLib