"Химия ", Габриелян О.С, Сивоглазов В.И. и др., Изд. "ДРОФА"
Периодический закон объясняет, почему свойства химических элементов и их соединений закономерно меняются с увеличением заряда ядра. Периодическая система связывает положение элемента со строением его атома, числом электронных слоёв и внешних электронов. Степень окисления помогает составлять формулы веществ, а химические уравнения показывают превращение одних веществ в другие и сохраняют число атомов каждого элемента.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Периодический закон устанавливает зависимость свойств химических элементов и образуемых ими веществ от заряда ядра атома. Иначе говоря, при последовательном увеличении заряда ядра свойства изменяются не случайно, а закономерно повторяются. Закон нужен, чтобы предсказывать свойства элемента по его положению в системе.
Периодическая система химических элементов — таблица, в которой элементы расположены по возрастанию порядкового номера. Период показывает число электронных слоёв, группа отражает сходство внешнего строения и свойств, а положение элемента помогает судить о его металлическом или неметаллическом характере. Порядковый номер Z равен заряду ядра и числу электронов нейтрального атома.
Степень окисления — условный заряд атома в соединении, который возник бы, если считать общие электроны полностью переданными более электроотрицательному атому. Её записывают со знаком: +1, −2, +3. При определении используют правила: у простого вещества степень окисления равна нулю, у кислорода обычно −2, у водорода обычно +1, а сумма степеней окисления в нейтральном соединении равна нулю.
Химическая реакция — превращение одних веществ в другие с изменением их состава или строения. Её записывают химическим уравнением: формулы исходных веществ ставят слева, продуктов — справа, между ними пишут стрелку. Коэффициенты перед формулами показывают количественное соотношение частиц и подбираются по закону сохранения числа атомов.
Положение элемента начинается с его порядкового номера: он показывает заряд ядра, а значит, число протонов. В нейтральном атоме электронов столько же, сколько протонов, и они распределяются по электронным слоям. Поэтому номер периода определяется числом занятых слоёв, а строение внешнего слоя связывает элемент с определённой группой и сходными свойствами.
В периоде заряд ядра растёт, но электроны добавляются в один и тот же внешний слой. Ядро сильнее притягивает электронное облако, поэтому радиус атома слева направо обычно уменьшается. Электроны становится труднее отдавать, металлические свойства ослабевают, а способность принимать электроны и неметаллические свойства усиливаются.
В группе сверху вниз добавляются новые электронные слои. Внешний электрон оказывается дальше от ядра и сильнее экранируется внутренними электронами, поэтому его легче отдать. Радиус атома увеличивается, металлические свойства обычно усиливаются, а неметаллические ослабевают.
У элементов главных подгрупп число электронов на внешнем уровне часто можно определить по группе: у натрия один, у серы шесть. Эти электроны участвуют в образовании связей, поэтому по ним оценивают возможную валентность и характер химического поведения. Валентность показывает число связей, а степень окисления дополнительно показывает условное направление передачи электронов и имеет знак.
Химическую реакцию распознают по появлению новых веществ: меняется цвет, образуется осадок или газ, выделяется тепло или свет, появляется запах. Однако отдельный признак не всегда достаточен, поэтому нужно сравнить состав веществ до и после превращения. Уравнивание начинают с записи правильных формул, затем расставляют коэффициенты так, чтобы число атомов каждого элемента слева и справа совпало.
Таблица помогает быстро связать положение элемента с его свойствами и отличить характеристику элемента от характеристики реакции. Сначала найдите порядковый номер, период и группу, затем определите электронное строение и предполагаемые свойства. Для реакции сравните состав исходных веществ и продуктов, а при записи уравнения проверьте число атомов.
| Характеристика | Что показывает | Как определить или записать | Пример |
|---|---|---|---|
| Порядковый номер элемента | Заряд ядра и число электронов в нейтральном атоме | Использовать номер элемента в периодической системе | Na: Z = 11 |
| Период и группа | Число электронных слоёв и особенности внешнего электронного уровня | Найти строку и столбец элемента в периодической системе | Cl: 3-й период, 17-я группа |
| Металлические и неметаллические свойства | Характер поведения элемента и его соединений | Сравнить положение элементов в периоде или группе | Na более металлический, чем Mg |
| Степень окисления | Условный заряд атома в соединении | Использовать правила определения степеней окисления | В H2O кислород −2, водород +1 |
| Тип химической реакции | Соотношение числа и состава исходных веществ и продуктов | Сопоставить схему реакции с классификацией | CaCO3 → CaO + CO2 — разложение |
| Химическое уравнение | Состав и количественное соотношение участников реакции | Расставить коэффициенты, сохраняя число атомов каждого элемента | 2H2 + O2 → 2H2O |
Условие. Определите число электронных слоёв, число электронов на внешнем уровне и характер свойств атома серы по её положению в периодической системе. Нужно использовать сразу два положения элемента: период и группу.
Ответ: три электронных слоя, шесть внешних электронов, неметалл. При движении к сере слева направо в третьем периоде металлические свойства уже ослабли по сравнению с натрием и магнием.
Условие. Расставьте коэффициенты и определите тип реакции: Fe + O2 → Fe2O3. Сначала нужно получить одинаковое число атомов железа и кислорода по обе стороны, не меняя индексы в формулах.
Ответ: 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3, реакция соединения.
Условие. Составьте формулу оксида алюминия, определите степени окисления элементов и объясните металлические свойства алюминия. Для этого нужно использовать типичные степени окисления алюминия и кислорода.
Ответ: Al2O3; степени окисления Al — +3, O — −2. Металлические свойства связаны со способностью алюминия отдавать три внешних электрона.
Порядковый номер путают с относительной атомной массой. Номер показывает заряд ядра и число электронов нейтрального атома, а масса характеризует среднюю массу атомов изотопов. Проверка проста: номер всегда целое место элемента в таблице, а атомная масса обычно имеет дробное значение.
Степень окисления смешивают с валентностью, потому что обе характеристики используют при изучении соединений. Но степень окисления имеет знак, а валентность обозначает только число связей и знака не имеет. Проверьте запись: +2 и −1 — степени окисления, II и I — валентность.
При уравнивании иногда изменяют индексы в формулах. Так получают уже другое вещество и нарушают смысл исходной реакции. Нужно менять только коэффициенты, а затем пересчитать атомы каждого элемента слева и справа.
Любую реакцию с двумя исходными веществами ошибочно называют обменом. Обмен имеет схему AB + CD → AD + CB, то есть в нём участвуют два сложных вещества и образуются два сложных вещества. Если из нескольких веществ получается одно, это соединение, а если металл вытесняет элемент из соединения, это замещение.
Для понимания темы нужны знания о составе ядра, электронных слоях, химических формулах и законе сохранения массы веществ. Без них трудно связать положение элемента с его свойствами и правильно уравнивать реакции.
Эти знания пригодятся при изучении металлов, неметаллов и классов неорганических соединений. Они также нужны для расчётов по химическим уравнениям, где коэффициенты задают соотношение количеств веществ.
Периодический закон и степени окисления становятся основой темы окислительно-восстановительных реакций и электрохимии. По изменению степеней окисления определяют, какие частицы отдают и принимают электроны.
Почему свойства элементов изменяются периодически, если порядковые номера увеличиваются последовательно?
Заряд ядра увеличивается на единицу, но электроны заполняют энергетические уровни и подуровни по определённым правилам. После завершения внешнего уровня начинается новый, поэтому строение внешней оболочки и свойства элементов повторяются.
Как по периодической системе определить число электронов на внешнем уровне?
Для элементов главных подгрупп число электронов на внешнем уровне обычно связано с номером группы: у элементов 1-й группы один электрон, у 17-й группы — семь. У элементов побочных подгрупп такая связь не определяется так просто.
Чем степень окисления отличается от валентности?
Степень окисления — условный заряд атома, поэтому её записывают со знаком, например +2 или −1. Валентность показывает число связей атома и знака не имеет.
Как понять, какой тип химической реакции происходит?
Нужно сравнить число и состав исходных веществ и продуктов. Одно вещество даёт несколько при разложении, несколько веществ образуют одно при соединении, а в реакциях замещения и обмена состав частиц меняется по разным схемам.
Почему при уравнивании реакции нельзя изменять индексы в химических формулах?
Индекс показывает состав конкретного вещества, поэтому его изменение означает появление другого вещества. Для сохранения числа атомов меняют только коэффициенты перед формулами.
ГЛАВА ПЕРВАЯ. Общая характеристика химических элементов и химических реакций
