"Химия", Кузнецова Л.М.
Простые вещества образованы атомами одного химического элемента, но их свойства нельзя путать со свойствами самого элемента. Если расположить элементы по возрастанию атомной массы, свойства их простых веществ меняются закономерно: в периоде металлические свойства обычно ослабевают, а неметаллические усиливаются. Сходные изменения повторяются в следующих периодах, а элементы одной группы имеют похожие свойства. Эта закономерность помогает сравнивать вещества и предсказывать их свойства по положению элемента в периодической таблице.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Простое вещество — вещество, состоящее из атомов одного химического элемента. Например, кислород O₂ образован атомами кислорода, а железо — атомами железа. Элементом называют вид атомов, а веществом — то, что эти атомы образуют; свойства атомов и свойства вещества поэтому не одно и то же. Это различие нужно, чтобы не приписывать элементу свойства, которые относятся к конкретному веществу.
Атомная масса — относительная характеристика массы атома. Она показывает, насколько масса атома больше принятой единицы сравнения, и позволяет сопоставлять атомы разных элементов. При упорядочивании элементов по возрастанию атомной массы можно заметить, как меняются свойства образуемых ими простых веществ. Однако одной массы недостаточно, чтобы объяснить все особенности этих веществ.
Периодичность — закономерное повторение сходных свойств элементов и образуемых ими простых веществ при расположении элементов по возрастанию атомной массы. Повторение не означает, что свойства всякий раз становятся одинаковыми или меняются на одну и ту же величину. Понятие помогает увидеть общую закономерность среди множества разных веществ и использовать её для сравнения.
Металлические и неметаллические свойства — характерные свойства простых веществ, по которым можно проследить переход от металлов к неметаллам. Например, металлы обычно проводят электрический ток и обладают металлическим блеском, а многие неметаллы такими признаками не обладают. В школьном сравнении эти свойства помогают описать, как меняется характер простых веществ по периодической таблице.
Если расположить элементы по возрастанию атомной массы, свойства их простых веществ не образуют случайный ряд. В последовательности заметны участки, где металлический характер постепенно сменяется неметаллическим, а затем сходный ход повторяется. Это видно при сопоставлении простых веществ, занимающих соседние места в таблице: одни легче отнести к металлам, другие — к неметаллам. Повторяемость показывает, что свойства связаны с закономерным порядком элементов, а не только с отдельным значением атомной массы.
В одном периоде, то есть в горизонтальном ряду таблицы, слева направо металлические свойства в целом ослабевают, а неметаллические усиливаются. Например, литий и бериллий — металлы, бор занимает переходное положение, а углерод, азот, кислород и фтор проявляют неметаллический характер. Поэтому простые вещества этих элементов позволяют проследить переход внутри одного ряда. Причина наблюдаемой закономерности — последовательное изменение свойств элементов при переходе от одного места периода к следующему.
При переходе к следующему периоду тенденция начинается заново: сначала встречаются элементы с металлическими свойствами, а далее по ряду усиливается неметаллический характер. Так, в третьем периоде натрий и магний — металлы, а сера, хлор и другие элементы правее них проявляют неметаллические свойства. Это сходно с переходом от металлов к неметаллам в предыдущем периоде. Повторяется общий рисунок изменения, хотя конкретные элементы и свойства их веществ не совпадают.
В группе — вертикальном столбце таблицы — элементы расположены один под другим, и их простые вещества имеют сходные черты. Но при движении сверху вниз свойства меняются постепенно: например, у щелочных металлов металлический характер в целом усиливается, тогда как у галогенов неметаллический характер ослабевает. Это изменение вдоль группы нельзя смешивать с переходом слева направо в периоде. Перед сравнением нужно определить, находятся ли элементы в одном горизонтальном ряду или в одном вертикальном столбце.
Сходство веществ в разных периодах и различия между соседними элементами помогают упорядочить элементы в таблице. Если известны место элемента и общие тенденции, можно предположить, будет ли его простое вещество ближе по свойствам к металлам или неметаллам. Такой прогноз не раскрывает всех свойств и требует проверки, но помогает сформулировать ожидания до опыта. Наблюдение повторяющихся изменений стало основой периодического закона и периодической системы элементов.
| Направление сравнения | Металлические свойства | Неметаллические свойства | Примеры простых веществ |
|---|---|---|---|
| В пределах одного периода слева направо | В целом ослабевают | В целом усиливаются | Литий — фтор; натрий — хлор |
| При переходе от одного периода к следующему | В начале нового периода снова выражены сильнее | Усиливаются по мере движения вправо | Литий и натрий; фтор и хлор |
| В пределах одной группы сверху вниз | У металлов обычно усиливаются | У неметаллов обычно ослабевают | Литий и натрий; фтор и хлор |
| Повторение сходных свойств у элементов разных периодов | Похожие свойства встречаются в сходных местах периодов | Похожие свойства встречаются в сходных местах периодов | Литий и натрий; фтор и хлор |
Сначала определите направление сравнения: движение по периоду и движение по группе дают разные тенденции. Затем найдите элементы в таблице и оцените свойства их простых веществ по общему правилу, помня, что это закономерность, а не точное измерение. Примеры в последнем столбце помогают сопоставить начало и конец рядов или элементы, стоящие друг под другом.
Задача 1. Расположите простые вещества литий, бериллий, бор, углерод, азот, кислород и фтор по ослаблению металлических свойств. Нужно сравнить не любые элементы по массе, а вещества элементов одного периода. Все перечисленные элементы расположены в одном периоде, поэтому применимо правило изменения слева направо. Получаем порядок от наиболее выраженных металлических свойств к наименее выраженным.
Ответ: литий, бериллий, бор, углерод, азот, кислород, фтор — по ослаблению металлических свойств.
Задача 2. Сравните металлические свойства простых веществ натрия и магния, а также хлор и серу. Укажите, какие пары относятся к одному периоду. Сначала важно определить положение элементов: натрий и магний стоят рядом в третьем периоде, как и сера с хлором. Значит, для обеих пар действует тенденция изменения свойств слева направо.
Ответ: обе пары относятся к одному периоду. Металлические свойства сильнее у натрия, чем у магния, и у серы, чем у хлора.
Задача 3. Неизвестный элемент образует простое вещество-неметалл и в периоде расположен правее серы. Какие выводы допустимы, а какие требуют дополнительных данных? Положение относительно серы указывает на сравнение внутри третьего периода: правее серы стоит хлор. Но одной тенденции недостаточно, чтобы определить полный набор свойств вещества или его соединений.
Ответ: допустимо ожидать более выраженный неметаллический характер по сравнению с серой; в том же периоде это хлор. Полный набор свойств простого вещества и его соединений без дополнительных данных определить нельзя.
Ошибка: считать, что свойства меняются строго одинаково при каждом увеличении атомной массы. Так думают, потому что видят общее направление ряда и принимают его за равномерное изменение. Периодичность означает повторение тенденций, а не одинаковый шаг между всеми веществами. Проверьте себя: сформулируйте вывод словами «в целом усиливаются» или «в целом ослабевают», а не задавайте неподтверждённую величину изменения.
Ошибка: смешивать свойства элемента и простого вещества. Это происходит, когда названием элемента называют и атомы, и образованное ими вещество. Элемент — вид атомов, а простое вещество обладает собственными физическими и химическими свойствами. Проверьте, о чём спрашивают: об атомах элемента или о веществе из этих атомов.
Ошибка: применять правило периода при движении вниз по группе. Причина — оба сравнения описывают движение по таблице, но направления у них разные. Перед ответом отметьте, расположены ли элементы в одной строке или одном столбце. Если столбец вертикальный, не используйте автоматически правило «слева направо».
Ошибка: делать вывод только по атомной массе, не учитывая место элемента среди других элементов. Массу легко воспринимать как готовое объяснение свойств, хотя она служит прежде всего для сопоставления. Соседство в периоде и положение в группе помогают выбрать правильную тенденцию. Проверьте себя: найдите элементы в таблице и укажите направление сравнения прежде, чем прогнозировать свойства.
Для этой темы пригодятся различие между химическим элементом и простым веществом, понятия атома и относительной атомной массы. Нужно также уметь читать периодическую таблицу и находить в ней периоды и группы. Эти знания позволяют выбрать верное направление сравнения и не делать вывод только по массе. Дальше закономерности станут основой изучения периодического закона и периодической системы, а также помогут прогнозировать свойства элементов и их соединений.
Чем химический элемент отличается от простого вещества?
Химический элемент — это вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Простое вещество состоит из атомов одного элемента и имеет собственные физические и химические свойства. Например, кислород как элемент — это вид атомов, а кислород как простое вещество — газ O₂.
Почему свойства простых веществ называют периодически изменяющимися?
При упорядочивании элементов по возрастанию атомной массы сходные изменения свойств повторяются через определённые промежутки. Повторяется общая тенденция, а не точное совпадение свойств всех веществ.
Как меняются металлические свойства простых веществ слева направо в периоде?
В целом они ослабевают: слева в периоде обычно находятся металлы, а правее располагаются элементы с неметаллическими свойствами. Переход происходит постепенно, поэтому нельзя считать, что каждый следующий элемент обязательно отличается от предыдущего одинаково.
Почему элементы одной группы образуют простые вещества со сходными свойствами?
В одной группе расположены элементы с похожими особенностями строения атомов, поэтому их простые вещества проявляют сходные свойства. При движении сверху вниз свойства не остаются неизменными, а постепенно меняются.
Можно ли определить все свойства простого вещества только по атомной массе элемента?
Нет. Атомная масса позволяет сравнивать элементы, но сама по себе не сообщает обо всех свойствах их простых веществ. Для прогноза нужно учитывать положение элемента в периодической таблице и сравнивать его с соседями по периоду и группе.
§ 33. Изменение свойств простых веществ с возрастанием атомных масс химических элементов
