Химия 9 класс. 3. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
Химия и не только подпишись) Поставь лайк и сохрани в закладки чтобы не потерять!
Конспект: «Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева»
Таблицу Д. И. Менделеева называют Периодической системой химических элементов.
Называют «периодической», потому что общие закономерности в изменении свойств атомов, простых и сложных веществ, образованных химическими элементами, повторяются в этой системе через определённые интервалы — периоды.
Все существующие в мире химические элементы подчиняются единому, Периодическому закону, графическим отображением которого и является Периодическая система элементов. Этот закон и система носят имя русского химика Д. И. Менделеева.
Д. И. Менделеев пришёл к открытию Периодического закона, проведя сопоставление свойств и относительных атомных масс химических элементов.
Для этого Д. И. Менделеев для каждого химического элемента на карточке записал: символ элемента, значение относительной атомной массы (во времена Д. И. Менделеева эту величину называли атомным весом), формулы и характер высшего оксида и гидроксида. Он расположил 63 известных к тому времени химических элемента в одну цепочку в порядке возрастания их относительных атомных масс (рисунок 1) и проанализировал эту совокупность элементов, пытаясь найти в ней определённые закономерности. В результате он обнаружил, что в этой цепочке имеются интервалы — периоды, в которых свойства элементов и образованных ими веществ изменяются сходным образом (рисунок 2).
Закономерные изменения свойств, проявляемые в пределах периодов:
- металлические свойства ослабевают;
- неметаллические свойства усиливаются;
- степень окисления элементов в высших оксидах увеличивается от +1 до +8;
- степень окисления элементов в летучих водородных соединениях увеличивается от -4 до -1;
- оксиды от основных через амфотерные сменяются кислотными;
- гидроксиды от щелочей через амфотерные гидроксиды сменяются кислородсодержащими кислотами.
На основании этих наблюдений Д. И. Менделеев в 1869 г. сделал вывод — сформулировал Периодический закон, который
Свойства химических элементов и образованных веществ находятся в периодической зависимости от относительных атомных масс элементов.
Систематизируя химические элементы на основе их относительных атомных масс, Д. И. Менделеев уделял большое внимание также свойствам элементов и образованных ими веществ, распределяя элементы со сходными свойствами в вертикальные столбцы — группы.
Иногда в нарушение выявленной им закономерности он ставил более тяжёлые элементы перед элементами с меньшими значениями относительных атомных масс. Например, он записал в свою таблицу кобальт перед никелем, теллур — перед иодом, а когда были открыты инертные (благородные) газы, аргон — перед калием. Такой порядок расположения Д. И. Менделеев считал необходимым потому, что иначе эти элементы попали бы в группы несходных с ними по свойствам элементов. Так, щелочной металл калий попал бы в группу инертных газов, а инертный газ аргон — в группу щелочных металлов.
Д. И. Менделеев не мог объяснить эти исключения из общего правила, как и причину периодичности в изменении свойств элементов и образованных ими веществ. Однако он предвидел, что эта причина кроется в сложном строении атома. Именно научная интуиция Д. И. Менделеева позволила ему построить систему химических элементов не в порядке возрастания их относительных атомных масс, а в порядке возрастания зарядов их атомных ядер. О том, что свойства элементов определяются именно зарядами их атомных ядер, говорит существование изотопов.
Изотопы – разновидности атомов одного химического элемента, имеющие разные атомные массы.
Атомы одного и того же химического элемента могут иметь разные массы. Существуют атомы водорода с массами 1, 2 и 3, атома хлора с массами 35 и 37 и другие.
С учетом знаний о строение ядра определение изотопов следующие.
Изотопы – разновидности атомов с одинаковым числом протонов в ядре, но разным числом нейтронов.
В соответствии с современными представлениями о строении атома основой классификации химических элементов являются заряды их атомных ядер, и современная формулировка Периодического закона такова:
Свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от зарядов их атомных ядер.
Периодичность в изменении свойств элементов и их соединений объясняется периодической повторяемостью в строении внешних энергетических уровней их атомов. Именно число энергетических уровней, общее число расположенных на них электронов и число электронов на внешнем уровне отражают принятую в Периодической системе символику, т. е. раскрывают физический смысл порядкового номера элемента, номера периода и номера группы.
Физический смысл порядкового номера, номера периода и номера группы.
Атомный (порядковый) номер химического элемента равен числу протонов и электронов, заряду ядра.
Номер периода равен числу заполняемых электронных слоёв.
Номер группы (А) равен числу электронов на внешнем слое (валентных электронов).
Строение атома позволяет объяснить и причины изменения металлических и неметаллических свойств элементов в периодах и группах.
Следовательно, Периодический закон и Периодическая система Д. И. Менделеева обобщают сведения о химических элементах и образованных ими веществах и объясняют периодичность в изменении их свойств и причину сходства свойств элементов одной и той же группы.
Эти два значения Периодического закона и Периодической системы Д. И. Менделеева дополняет ещё одно, которое заключается в возможности прогнозировать, т. е. предсказывать, описывать свойства и указывать пути открытия новых химических элементов. Уже на этапе создания Периодической системы Д. И. Менделеев сделал ряд прогнозов о свойствах ещё не известных в то время элементов и указал пути их открытия. В созданной им таблице Д. И. Менделеев для этих элементов оставил пустые клетки (рисунок 3).
Примерами прогностической силы Периодического закона явились последующие открытия элементов:
- В 1875 г. французом Лекоком де Буабодраном был открыт галлий, предсказанный Д. И. Менделеевым пятью годами раньше как элемент под названием «экаалюминий» (эка — следующий за);
- В 1879 г. шведом Л. Нильсоном был открыт «экабор» по Д. И. Менделееву;
- В 1886 г. немцем К. Винклером — «экасилиций» по Д. И. Менделееву (определите по таблице Д. И. Менделеева современные названия этих элементов). Насколько точен был в своих предсказаниях Д. И. Менделеев, показаны данные таблице.
Учёные-первооткрыватели новых элементов высоко оценили открытие русского учёного: «Вряд ли может существовать более яркое доказательство справедливости учения о периодичности элементов, чем открытие до сих пор гипотетического экасилиция; оно составляет, конечно, более чем простое подтверждение смелой теории, — оно знаменует собой выдающееся расширение химического поля зрения, гигантский шаг в области познания» (К. Винклер).
Американские учёные, открывшие элемент № 101, дали ему название «менделевий» в знак признания заслуг великого русского химика Дмитрия Менделеева, который первым применил Периодическую систему элементов для предсказания свойств тогда ещё не открытых элементов.
Короткая форма Периодической таблицы (рисунок 4).
Большие периоды поделены на ряды. Каждая группа делится на главную и побочную подгруппы. 28 элементов третьей группы (лантаноиды и актиноиды) расположены внизу таблицы. К лантаноидам относятся 14 элементов шестого периода (№58 – №71). К актиноидам относятся 14 элементов седьмого периода (№90 - №103).
Полудлинный вариант (рисунок 5).
Выделены группы А и B. Между IIA и IIIA группами расположены группы B. Лантаноиды и актиноиды – под таблицей.
Длинный вариант (рисунок 6).
Лантаноиды и актиноиды включены в таблицу. Каждый период представлен одним рядом элементов.
Общепринятым в настоящее время считается полудлинный вариант.
Презентация: «Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева»
Ключевые моменты
- Докажите, что Периодический закон Д. И. Менделеева, как и любой другой закон природы, выполняет объясняющую, обобщающую и предсказательную функции. Приведите примеры, иллюстрирующие эти функции у других законов, известных вам из курсов химии, физики и биологии.
Периодический закон Д. И. Менделеева выполняет три важные функции:
Объясняющая: раскрывает причину закономерностей в свойствах элементов. Например, сходство в поведении лития, натрия и калия объясняется одинаковым числом валентных электронов.
Обобщающая: объединяет все известные элементы в единую систему, группируя их по сходным свойствам.
Предсказательная: позволила Менделееву предсказать существование и свойства ещё не открытых элементов, таких как галлий, скандий и германий.
Подобные функции выполняют и другие научные законы:
Закон сохранения энергии (физика): объясняет, почему энергия не исчезает, а переходит из одной формы в другую. Обобщает все виды энергетических взаимодействий. Позволяет предсказать, например, количество энергии, необходимое для выполнения работы.
Закон преломления света (физика): объясняет, почему луч света изменяет направление при переходе в другую среду. Обобщает поведение света во всех средах. Позволяет предсказывать углы преломления в новых материалах.
Законы Менделя (биология): объясняют наследование признаков, обобщают генетические закономерности и предсказывают вероятность появления признаков у потомства.
- Назовите химический элемент, в атоме которого электроны располагаются по уровням согласно ряду чисел: 2, 5. Какое простое вещество образует этот элемент? Какую формулу имеет его водородное соединение и как оно называется? Какую формулу имеет высший оксид этого элемента, каков его характер? Запишите уравнения реакций, характеризующих свойства этого оксида.
Руководствуясь периодической системой, нужный элемент с расположением электронов согласно ряду чисел 2,5 – это азот:
N 1s22s22p3.
Азот образует простое вещество N2.
Водородное соединение азота – аммиак, NH3.
Высший оксид – N2O5.
N2O5 - кислотный оксид, при растворении в воде переходит в сильную азотную кислоту HNO3.
N2O5 + H2O = 2HNO3;
N2O5 + BaO = Ba(NO3)2;
N2O5 + Ba(OH)2 = Ba(NO3)2 + H2O;
N5+ обладает сильными окислительными свойствами;
2N2O5 + 5C = 2N2 + 5CO2
- Бериллий раньше относили к элементам III группы, и его относительная атомная масса считалась равной 13,5. Почему Д. И. Менделеев перенёс его во II группу и исправил атомную массу бериллия с 13,5 на 9?
Ранее бериллий (Be) относили к III группе, считая его атомную массу 13,5. Однако:
Менделеев заметил, что химические свойства бериллия похожи на Mg и Ca, но не на Al.
Сравнив атомные массы соседних элементов (Li – 7, B – 11), он предположил, что реальная атомная масса Be – 9.
Позже это подтвердилось экспериментально, и бериллий переместили во II группу.
Комментарий: Это пример того, как Периодический закон помог исправить ошибки в химии.
- Напишите уравнения реакций между простым веществом, образованным химическим элементом, в атоме которого электроны распределены по энергетическим уровням согласно ряду чисел: 2, 8, 8, 2, и простыми веществами, образованными элементами № 7 и № 8 в Периодической системе. Каков тип химической связи в продуктах реакции? Какое кристаллическое строение имеют исходные простые вещества и продукты их взаимодействия?
Ca – атом, у которого электроны распределены согласно ряду чисел 2,8,8,2. Элемент №7 – N, элемент №8 – O.
Уравнения реакций:
3Ca + N2 = Ca3N2;
2Ca + O2 = 2CaO.
Продукты реакций имеют ионный тип связи.
Азот и кислород имеют молекуляное строение кристаллических решеток, а у кальция металлическая кристаллическая решетка.
Продукты взаимодествия - Ca3N2 и CaO имеют ионное строение кристаллической решетки.
- Расположите в порядке усиления металлических свойств следующие элементы: As, Sb, N, Р, Bi. Обоснуйте полученный ряд, исходя из строения атомов этих элементов.
N, P, As, Sb, Bi — усиление металлических свойств. Металлические свойства в группах усиливаются.
- Расположите в порядке усиления неметаллических свойств следующие элементы: Si, Al, Р, S, Cl, Mg, Na. Обоснуйте полученный ряд, исходя из строения атомов этих элементов.
Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl — усиление неметаллических свойств. Неметаллические свойства в периодах усиливаются.
- Расположите в порядке ослабления кислотных свойств оксиды, формулы которых: SiO 2 , Р 2 O 5 , Аl 2 O 3 , Na 2 O, MgO, Сl 2 O 7 . Обоснуйте полученный ряд. Запишите формулы гидроксидов, соответствующих этим оксидам. Как изменяется их кислотный характер в предложенном вами ряду?
Сl2O7, Р2О5, SiO2, Al2O3, MgO, Na2O— уменьшение кислотных свойств.
Кислотные свойства в периодах увеличиваются.
НСlO4, Н3РО4, H2SiO4, Аl(ОН)3, Mg(OH)2, NaOH — уменьшение кислотных свойств.
- Напишите формулы оксидов бора, бериллия и лития и расположите их в порядке возрастания основных свойств. Запишите формулы гидроксидов, соответствующих этим оксидам. Каков их химический характер?
B2O3, BeO, Li2O — возрастание основных свойств, т.к. в периодах основные свойства ослабевают. В(ОН)3, Ве(ОН)2, LiOH — возрастание основных свойств. В(ОН)3 — слабая кислота; Ве(ОН)2 — слабое основание; LiOH — сильное основание.
- Что такое изотопы? Как открытие изотопов способствовало становлению Периодического закона?
Изотопы – атомы одного элемента с разным числом нейтронов.
Связь с Периодическим законом:
Раньше элементы упорядочивали по атомной массе, но с открытием изотопов стало ясно, что правильный критерий – заряд ядра (число протонов).
Это объясняет «аномалии» (например, почему кобальт идёт перед никелем).
Комментарий: Изотопы помогли устранить неточности в Периодической системе.
- Почему заряды атомных ядер элементов в Периодической системе Д. И. Менделеева изменяются монотонно, т. е. заряд ядра каждого последующего элемента возрастает на единицу по сравнению с зарядом атомного ядра предыдущего элемента, а свойства элементов и образуемых ими веществ изменяются периодически?
Так происходит из-за того, что свойства элементов и их соединений зависят не от общего числа электронов, а только от валентных, которые находятся на последнем слое. Количество валентных электронов меняется периодически, следовательно, свойства элементов также меняются периодически.
- Приведите три формулировки Периодического закона, в которых за основу систематизации химических элементов взяты относительная атомная масса, заряд атомного ядра и строение внешних энергетических уровней в электронной оболочке атома.
- Свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от относительных атомных масс элементов.
- Свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от заряда атомных ядер элементов.
- Свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от строения внешних энергетических уровней в электронной оболочке атома.
#химия_9_3
#химия_9_класс
#габриелян
#периодическийзаконипериодическаясисема
#гдз
Использованные источники:
- Химия 9 класс. О.С. Габриелян
- Использование chatdeepseek, chatGPT