Свойства периодической системы менделеева: Периодическая система Менделеева • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»

Какая она, современная таблица Менделеева?

Японские ученые разработали новую таблицу элементов — Российская газета

Сообщение о создании учеными Киотского университета новой периодической системы химических элементов сразу облетело мировые СМИ. Что и понятно. Ведь когда-то таблица Менделеева стала одним из величайших открытий в химии. Она внесла удивительный порядок в, казалось бы, хаотическое нагромождение разнообразных элементов. Наш великий соотечественник расположил элементы так, чтобы соседи по столбцу имели схожие химические свойства.

Что же нового придумали японцы? Здесь важно подчеркнуть, что, создавая свою таблицу, Менделеев ничего не знал ни о строении атома, ни о его ядре, ни о том, что электроны расположены на оболочках. А самое главное, что в одном столбце его таблицы находятся элементы с одним и тем же числом электронов на последней электронной оболочке. Все это было открыто через много лет. Можно сказать, что Менделеев совершил свое открытие не только во сне, но с завязанными глазами. И очередной раз можно только поразиться его предвидению.

У японцев ситуация принципиально иная. У них глаза широко раскрыты. Их таблица создана на основе уже имеющихся знаний о ядре атомов, состоящих из протонов и нейтронов. Еще в 1963 году была присуждена Нобелевская премия за модель, согласно которой протоны и нейтроны в ядре тоже расположены на оболочках. Ядро, у которого последняя протонная нейтронная оболочка полностью заполнена, особенно устойчиво, не вступает в ядерные реакции. Но практически не вступают в химические реакции и инертные газы, у которых полностью заполнена последняя электронная оболочка.

Аналогия очевидна. Именно на ней японские ученые и построили свою периодическую таблицу, взяв за основу не электронные, а протонные оболочки атомных ядер. И подход очевиден: надо “плясать от печки” – от ядер с полностью заполненными протонными оболочками. Это гелий, кислород, кальций, никель, олово, свинец и флеровий. Число протонов в их ядрах составляет 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 114, соответственно. Эти числа называют магическими за ту особую устойчивость, которую они придают ядрам.

Именно эти элементы японские ученые расположили в одном столбце, аналогичном столбцу инертных газов в таблице Менделеева. На основе такого столбца они и создали свою таблицу, расположив в строках элементы слева направо по мере заполнения оболочек.

Великий Менделеев создал свою таблицу, когда наука вообще не имела никакого представления ни о строении атома, ни об электронах

Исследователи надеются, что предложенный ими альтернативный способ представления химических элементов даст возможность другим ученым по-новому взглянуть на уже известные химические и физические закономерности и приведет к новым открытиям.

Описание новой таблицы японские ученые опубликовали в журнале Foundations of Chemistry.

Комментарий

Алексей Хохлов, академик РАН:

Некоторые СМИ уже сравнивают эту таблицу с той, что была создана великим Менделеевым. Говорят,что она может привести к новым открытиям.

Алексей Хохлов: Подобные заявления могут делать только те, кто плохо в школе учил химию. Таблица Менделеева связана не с ядром атома, а с электронами. Они определяют практически все химические связи и химические закономерности. Японские ученые проиллюстрировали некоторые уже известные факты, связанные со строением атомного ядра. Но особенности строения ядра на химические свойства почти не влияют, это не та епархия. Разве что имеют отношение к радиоактивному распаду.

Если для химиков эта работа не имеет значения, может, для физиков она станет откровением, даже стимулирует на озарения?

Алексей Хохлов: Вряд ли. Ведь структура атомного ядра давно известна, известны различные ядерные модели, авторам которых присуждена Нобелевская премия. А тем, кто сравнивает эту работу японских ученых и Дмитрия Ивановича Менделеева, хочу напомнить, что он создал свою таблицу, когда наука вообще не имела никакого представления ни о строении атома, ни об электронах. Только через 50 с лишним лет появилась квантовая механика, которая все это объяснила, в том числе строение атома и электронных оболочек. Периодический закон следует из квантовой физики. Так что если бы в то время таблицы Менделеева не было, то она могла бы быть предложена просто как следствие фундаментальных квантовых законов.

Именно это сейчас произошло с таблицей японских ученых. Если есть желание и время, можно ее использовать в педагогических целях, но ничего нового вы не узнаете. Так что эту таблицу элементов можно назвать изящной игрушкой. Но, повторяю, для обучения студентов она может быть вполне полезна.

Дмитрием Ивановичем Менделеевым сдана в набор рукопись «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве»

17 февраля (1 марта) 1869 г. Дмитрием Ивановичем Менделеевым была сдана в набор рукопись «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» — первый вариант Периодической таблицы элементов. Окончательная формулировка закона была дана учёным в июле 1871 г.

Периодический закон был открыт Д. И. Менделеевым в ходе работы над текстом учебника «Основы химии», когда он столкнулся с трудностями систематизации фактического материала. К середине февраля 1869 г., обдумывая структуру учебника, учёный постепенно пришёл к выводу, что свойства простых веществ и атомные массы элементов связывает некая закономерность.

Открытие периодической таблицы элементов было совершено не случайно, это был результат огромного труда, длительной и кропотливой работы, которая была затрачена и самим Дмитрием Ивановичем, и множеством химиков из числа его предшественников и современников. «Когда я стал окончательно оформлять мою классификацию элементов, я написал на отдельных карточках каждый элемент и его соединения, и затем, расположив их в порядке групп и рядов, получил первую наглядную таблицу периодического закона. Но это был лишь заключительный аккорд, итог всего предыдущего труда…» — говорил учёный. Менделеев подчёркивал, что его открытие было итогом, завершившим собой двадцатилетнее размышление о связях между элементами, обдумывание со всех сторон взаимоотношений элементов.

17 февраля (1 марта) рукопись статьи, содержащая таблицу под названием «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве», была закончена и сдана в печать с пометками для наборщиков и с датой «17 февраля 1869 г.». Сообщение об открытии Менделеева было сделано редактором «Русского химического общества» профессором Н. А. Меншуткиным на заседании общества 22 февраля (6 марта) 1869 г. Сам Менделеев на заседании не присутствовал, так как в это время по заданию Вольного экономического общества обследовал сыроварни Тверской и Новгородской губерний.

В первом варианте системы элементы были расставлены учёным по девятнадцати горизонтальным рядам и по шести вертикальным столбцам. 17 февраля (1 марта) открытие периодического закона отнюдь не завершилось, а только началось. Его разработку и углубление Дмитрий Иванович продолжал еще в течение почти трёх лет. В 1870 г. Менделеев в «Основах химии» опубликовал второй вариант системы («Естественную систему элементов»): горизонтальные столбцы элементов-аналогов превратились в восемь вертикально расположенных групп; шесть вертикальных столбцов первого варианта превратились в периоды, начинавшиеся щелочным металлом и заканчивающиеся галогеном. Каждый период был разбит на два ряда; элементы разных вошедших в группу рядов образовали подгруппы.

Сущность открытия Менделеева заключалась в том, что с ростом атомной массы химических элементов их свойства меняются не монотонно, а периодически. После определённого количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства начинают повторяться. Отличием работы Менделеева от работ его предшественников было то, что основ для классификации элементов у Менделеева была не одна, а две — атомная масса и химическое сходство. Для того, чтобы периодичность полностью соблюдалась, Менделеев исправил атомные массы некоторых элементов, несколько элементов разместил в своей системе вопреки принятым в то время представлениям об их сходстве с другими, оставил в таблице пустые клетки, где должны были разместиться пока не открытые элементы.

В 1871 г. на основе этих работ Менделеев сформулировал Периодический закон, форма которого со временем была несколько усовершенствована.

Периодическая система элементов оказала большое влияние на последующее развитие химии. Она не только была первой естественной классификацией химических элементов, показавшей, что они образуют стройную систему и находятся в тесной связи друг с другом, но и явилась могучим орудием для дальнейших исследований. В то время, когда Менделеев на основе открытого им периодического закона составлял свою таблицу, многие элементы были еще неизвестны. Менделеев был не только убеждён, что должны существовать неизвестные еще элементы, которые заполнят эти места, но и заранее предсказал свойства таких элементов, основываясь на их положении среди других элементов периодической системы. В течение следующих 15 лет предсказания Менделеева блестяще подтвердились; все три ожидаемых элемента были открыты (Ga, Sc, Ge), что было величайшим триумфом периодического закона.

Большое значение имела периодическая система также при установлении валентности и атомных масс некоторых элементов. Точно так же периодическая система дала толчок к исправлению атомных масс некоторых элементов. Именно на её основе были искусственно созданы трансурановые элементы. Последующее развитие науки позволило, опираясь на периодический закон, гораздо глубже познать строение вещества, чем это было возможно при жизни Менделеева. Сам учёный о своём законе сказал так: «Будущее не грозит периодическому закону разрушением, а обещаются только надстройка и развитие».

Лит.: Агафошин Н. П. Периодический закон и периодическая система элементов Д. И. Менделеева. М., 1973; Евдокимов Ю. К истории периодического закона // Наука и жизнь. № 5 (2009). С.  12—15; Кедров Б. M. День одного великого открытия. M., 1958; Кедров Б. M., Трифонов Д. H. Закон периодичности и химические элементы. Открытия и хронология. M., 1969; Макареня А. А., Рысев Ю. В. Д. И. Менделеев. М., 1983; Макареня А. А., Трифонов Д. Н. Периодический закон Д. И. Менделеева. М., 1969; Макареня А. А., Трифонов Д. Н. Периодический закон Д. И. Менделеева. М., 1969; Менделеев Д. И. Периодический закон. Основные статьи. M., 1958.

См. также в Президентской библиотеке:

Кузнецов Б. Г.  Ломоносов. Лобачевский. Менделеев : очерки жизни и мировоззрения. М.; Л., 1945;

Менделеев Д. И. Заветные мысли Д. Менделеева. СПб., 1903-1905;

Семенченко В. К. Менделеев и физика атома. Пенза, 1945;

Тобольск. Памятник Д. И. Менделееву [Изоматериал] / фото А. Мусина. М., 1969;

Учреждена Главная палата мер и весов // День в истории. 20 июня 1893 г.

Таблица Менделеева

Экспонат состоит из сенсорного экрана с диагональю 68 см, на котором представлена периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева.

Посетитель имеет возможность самостоятельно конструировать химические соединения, перетаскивая представленные на экране элементы из таблицы в центральное окно, являющееся имитацией пробирки для химических экспериментов. Например, для конструирования поваренной соли нужно «уложить в пробирку» один атом натрия и один атом хлора. Если химическая формула составлена правильно, всплывает окно с фотоснимком и характеристиками синтезированного соединения. Если формула ошибочна, будут предложены варианты выбора элементов, до получения положительного результата. Удалив полученное вещество, можно конструировать новое.

Таблица является графическим выражением периодического закона, установленного русским химиком Д. И. Менделеевым в 1869 году. Её первоначальный вариант был разработан им в 1869—1871 годах и устанавливал зависимость свойств элементов от их атомного веса (по-современному, от атомной массы). В настоящее время предложено несколько сотен вариантов изображения периодической системы (аналитических кривых, таблиц, геометрических фигур и т. п.). Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC), в качестве основного, предложен т.н. длинный вариант таблицы Менделеева, состоящий из 18 вертикальных столбцов (группы) и 7 горизонтальных строк (периоды), где группы определяют основные физико-химические свойства, а периоды, в определённой мере, подобны друг другу, так как каждый период (за исключением первого) начинается типичным металлом (Li, Nа, К, Rb, Cs, Fr) и заканчивается благородным газом (Не, Ne, Ar, Kr, Хе, Rn), которому предшествует галоген (F, Cl, Br, I, At,).

Именно этот вариант таблицы представлен на экспонате.

Периодический закон был сформулирован Д. И. Менделеевым в следующем виде (1871): «свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».

Научная достоверность Периодического закона получили подтверждение очень скоро: в 1875—1886 годах были открыты галлий (экаалюминий), скандий (экабор) и германий (экасилиций), для которых Менделеев, пользуясь периодической системой, предсказал не только возможность их существования, но и, с поразительной точностью, целый ряд физических и химических свойств.

С развитием атомной физики и квантовой химии Периодический закон получил строгое теоретическое обоснование. Была создана квантово-механическая модель периодического изменения электронного строения атомов химических элементов по мере возрастания зарядов их ядер, что в большинстве случаев соответствует расположению по атомным весам.

В настоящее время Периодический закон Д. И. Менделеева имеет следующую формулировку: «свойства химических элементов, а также формы и свойства образуемых ими простых веществ и соединений находятся в периодической зависимости от величины зарядов ядер их атомов».

Дальнейшее развитие периодической системы связано с заполнением пустых клеток таблицы, в которые помещались всё новые и новые элементы: благородные газы, природные и искусственно полученные радиоактивные элементы. Седьмой период периодической системы до сих пор не завершён, проблема нижней границы таблицы Менделеева остаётся одной из важнейших в современной теоретической химии.

Периодические свойства элементов

В таблице Менделеева элементы упорядочены по периодическим свойствам, которые представляют собой повторяющиеся тенденции в физических и химических характеристиках. Эти тенденции можно предсказать, просто изучив периодическую таблицу, и их можно объяснить и понять, анализируя электронные конфигурации элементов. Элементы имеют тенденцию приобретать или терять валентные электроны для достижения стабильного формирования октетов. Стабильные октеты наблюдаются в инертных газах или благородных газах VIII Группы Периодической таблицы.Помимо этой деятельности, есть еще два важных направления. Во-первых, электроны добавляются по одному, перемещаясь слева направо через период. По мере того, как это происходит, электроны внешней оболочки испытывают все более сильное ядерное притяжение, поэтому электроны становятся ближе к ядру и более прочно связаны с ним. Во-вторых, двигаясь вниз по столбцу в периодической таблице, внешние электроны становятся менее тесно связанными с ядром. Это происходит потому, что количество заполненных основных энергетических уровней (которые защищают внешние электроны от притяжения к ядру) увеличивается вниз внутри каждой группы.Эти тенденции объясняют наблюдаемую периодичность элементных свойств атомного радиуса, энергии ионизации, сродства к электрону и электроотрицательности.

Атомный радиус

Атомный радиус элемента составляет половину расстояния между центрами двух атомов этого элемента, которые только касаются друг друга. Как правило, атомный радиус уменьшается через период слева направо и увеличивается вниз для данной группы. Атомы с наибольшим атомным радиусом расположены в группе I и в нижней части групп.

Двигаясь слева направо через период, электроны по одному добавляются к внешней энергетической оболочке. Электроны внутри оболочки не могут защитить друг друга от притяжения протонов. Поскольку количество протонов также увеличивается, эффективный заряд ядра увеличивается с течением времени. Это вызывает уменьшение атомного радиуса.

При движении вниз по группе в периодической таблице количество электронов и заполненных электронных оболочек увеличивается, но количество валентных электронов остается прежним.Внешние электроны в группе подвергаются действию одного и того же эффективного ядерного заряда, но электроны находятся дальше от ядра по мере увеличения числа заполненных энергетических оболочек. Следовательно, атомные радиусы увеличиваются.

Энергия ионизации

Энергия ионизации или потенциал ионизации – это энергия, необходимая для полного удаления электрона из газообразного атома или иона. Чем ближе и прочнее электрон к ядру, тем труднее его будет удалить и тем выше будет его энергия ионизации.Первая энергия ионизации – это энергия, необходимая для удаления одного электрона из родительского атома. Вторая энергия ионизации – это энергия, необходимая для удаления второго валентного электрона из одновалентного иона с образованием двухвалентного иона и так далее. Последовательные энергии ионизации увеличиваются. Вторая энергия ионизации всегда больше первой энергии ионизации. Энергия ионизации увеличивается при движении слева направо через период (уменьшение атомного радиуса). Энергия ионизации уменьшается при движении вниз по группе (увеличивая атомный радиус).Элементы группы I имеют низкую энергию ионизации, потому что потеря электрона формирует стабильный октет.

Сродство к электрону

Сродство к электрону отражает способность атома принимать электрон. Это изменение энергии, которое происходит, когда электрон присоединяется к газообразному атому. Атомы с более сильным эффективным зарядом ядра имеют большее сродство к электрону. Можно сделать некоторые обобщения относительно сродства к электрону определенных групп в периодической таблице. Элементы группы IIA, щелочноземельные элементы, имеют низкие значения сродства к электрону.Эти элементы относительно стабильны, поскольку они заполняют подоболочки и . Элементы группы VIIA, галогены, обладают высоким сродством к электрону, потому что добавление электрона к атому приводит к полностью заполненной оболочке. Элементы VIII группы, благородные газы, имеют сродство к электрону, близкое к нулю, поскольку каждый атом обладает стабильным октетом и с трудом принимает электрон. Элементы других групп имеют низкое сродство к электрону.

Через некоторое время галоген будет иметь самое высокое сродство к электрону, в то время как благородный газ будет иметь самое низкое сродство к электрону.Сродство к электрону уменьшается при движении вниз по группе, потому что новый электрон будет дальше от ядра большого атома.

Электроотрицательность

Электроотрицательность – это мера притяжения атома электронов в химической связи. Чем выше электроотрицательность атома, тем сильнее его притяжение для связывания электронов. Электроотрицательность связана с энергией ионизации. Электроны с низкими энергиями ионизации имеют низкую электроотрицательность, поскольку их ядра не оказывают сильного притяжения на электроны.Элементы с высокими энергиями ионизации обладают высокой электроотрицательностью из-за сильного притяжения, оказываемого ядром на электроны. В группе электроотрицательность уменьшается с увеличением атомного номера в результате увеличения расстояния между валентным электроном и ядром (больший атомный радиус). Примером электроположительного (т.е. с низкой электроотрицательностью) элемента является цезий; Примером сильно электроотрицательного элемента является фтор.

Сводка свойств элементов периодической таблицы

Движение влево → вправо

• Уменьшение радиуса атома
• Увеличение энергии ионизации
• Сродство к электрону обычно увеличивается (, кроме Сродство к электрону благородных газов, близкое к нулю)
• Увеличивается электроотрицательность

Перемещение сверху → снизу

• Увеличивает атомный радиус
• Уменьшение энергии ионизации
• Сродство к электрону обычно уменьшается при движении вниз по группе
• Уменьшение электроотрицательности

Периодическая таблица | Безграничная химия

Периодическая таблица

Таблица Менделеева показывает все элементы и их физические свойства; он устроен на основе атомных номеров и электронных конфигураций.

Задачи обучения

Определите общие периодические тенденции, которые можно вывести из периодической таблицы элементов

Основные выводы

Ключевые моменты

• В периодической таблице перечислены все элементы с информацией об их атомном весе, химических символах и атомных номерах.
• Расположение таблицы Менделеева позволяет нам визуализировать определенные тенденции среди атомов.
• Вертикальные столбцы (группы) таблицы Менделеева расположены так, что все ее элементы имеют одинаковое количество валентных электронов.Таким образом, все элементы в определенной группе обладают схожими свойствами.

Ключевые термины

• атомный номер : Число, равное количеству протонов в атоме, которое определяет его химические свойства. Символ: Z
.
• группа : вертикальный столбец в периодической таблице, который обозначает количество электронов валентной оболочки в атоме элемента.
• период : горизонтальная строка в периодической таблице, которая обозначает общее количество электронных оболочек в атоме элемента.

Обозначения элементов

Периодическая таблица представляет собой сетку 18 X 7, расположенную над меньшим двойным рядом элементов. В периодической таблице перечислены только химические элементы, включая каждый изотоп каждого элемента в одной ячейке. В типичной периодической таблице каждый элемент указан по его символу элемента и атомному номеру. Например, «H» обозначает водород, «Li» обозначает литий и так далее. Большинство элементов представлены первой или двумя первыми буквами своего английского названия, но есть некоторые исключения.Два заметных исключения включают серебро и ртуть. Символ серебра – «Ag» от латинского « argentum», «», что означает «серый» или «сияющий». Символ ртути – «Hg» от латинизированного греческого слова hydrargyrum, , что означает «вода-серебро». Многие периодические таблицы включают также полное название элемента и цветовую кодировку элементов в зависимости от их фазы при комнатной температуре (твердое, жидкое или газообразное).

Периодическая таблица : Таблица Менделеева представляет собой табличное отображение всех химических элементов.Атомы сгруппированы в порядке возрастания атомного номера.

Строки и периоды

Символ элемента почти всегда сопровождается другой информацией, такой как атомный номер и атомный вес. Атомный номер описывает количество протонов в одном атоме этого элемента. Например, атом кислорода содержит 8 протонов. Элементы перечислены в порядке возрастания атомного номера слева направо. Каждая строка периодической таблицы называется периодом, а каждый столбец периодической таблицы называется группой (или семьей).У некоторых групп есть особые названия, такие как галогены или благородные газы. Элементы, относящиеся к одному периоду или группе, имеют схожие свойства.

Определение химических свойств с помощью таблицы Менделеева

Химические свойства каждого элемента определяются его электронной конфигурацией и, в частности, его внешними валентными электронами. Расположение элемента в периодической таблице в значительной степени зависит от его электронов; количество электронов валентной оболочки определяет его группу, а тип орбитали, на которой находятся валентные электроны, определяет блок элемента.Кроме того, общее количество электронных оболочек атома определяет, какому периоду он принадлежит. Из-за своей структуры периодическая таблица стала чрезвычайно полезным инструментом для оценки и предсказания тенденций изменения содержания элементов и химии.

Химия 3.1 Введение в Периодическую таблицу – YouTube : Введение в таблицу Менделеева, которая определяет металлы, неметаллы и металлоиды по местоположению, а также сравнивает и сравнивает физические свойства металлов и неметаллов.

Молекулы

Молекулы – это электрически нейтральные соединения, состоящие из нескольких атомов, связанных друг с другом химическими связями.

Задачи обучения

Распознавать общие свойства молекул

Основные выводы

Ключевые моменты

• Молекулы нейтральны и не несут заряда.
• Молекула может состоять из неметаллических атомов одного химического элемента, как в случае кислорода (O ₂ ), или из различных элементов, как в случае воды (H ₂ O).
• Геометрия и состав молекулы будут определять ее химические и физические свойства.
• Изомеры – это молекулы с одинаковыми атомами в разном геометрическом расположении.

Ключевые термины

• ковалентный : когда 2 или более неметаллических атома связаны вместе за счет общих электронов.
• изомер : молекулы с одинаковым числом атомов в разных геометрических формах.
• соединение : когда два или более разных атома удерживаются вместе ковалентной связью.Все соединения являются молекулами, но не все молекулы являются соединениями.
• молекула : два или более атома, которые удерживаются вместе химической ковалентной связью.

Атомы и молекулы

Атом определяется как основная единица материи, которая содержит централизованное плотное ядро, окруженное электронным облаком. Когда два или более атома удерживаются вместе химической ковалентной связью, этот новый объект известен как молекула. Слово «молекула» – это расплывчатый термин, который в разговорной речи имеет разные значения в разных областях исследований.Например, термин «молекулы» используется в кинетической теории газов и относится к любой газовой частице независимо от ее состава.

Чаще всего термин «молекулы» относится к нескольким атомам; молекула может состоять из одного химического элемента, например кислорода (O ₂ ), или из нескольких элементов, таких как вода (H ₂ O). Молекулы нейтральны и не несут заряда; это свойство отличает их от многоатомных ионов, например нитрата (NO ₃ ^– ).

молекула кофеина : Кофеин – сложная молекула, состоящая из множества атомов, связанных друг с другом определенным образом.

Размер молекулы варьируется в зависимости от количества атомов, составляющих молекулу. Большинство молекул слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. Самая маленькая молекула – двухатомный водород (H ₂ ) с длиной связи 0,74 ангстрем. Макромолекулы – это большие молекулы, состоящие из более мелких субъединиц; этот термин из биохимии относится к нуклеиновым кислотам, белкам, углеводам и липидам.Некоторые макромолекулы можно наблюдать в специализированные микроскопы.

Часто состав соединения также может быть обозначен эмпирической формулой, которая представляет собой простейшее целочисленное соотношение составляющих его химических элементов. Однако эта эмпирическая формула не всегда описывает конкретную рассматриваемую молекулу, поскольку она дает только соотношение ее элементов. Полный элементный состав молекулы может быть точно представлен ее молекулярной формулой, которая указывает точное количество атомов в молекуле.

Пример

• C ₆ H ₁₂ O ₆ = молекулярная формула глюкозы
• CH ₂ O = эмпирическая (упрощенное соотношение) формула для глюкозы

Изомеры

Изомеры – это молекулы с одними и теми же атомами в разном геометрическом расположении. Из-за такого разного расположения изомеры часто имеют очень разные химические и физические свойства. На рисунке ниже 1-пропанол в основном используется в синтезе других соединений и имеет менее неприятный запах, тогда как 2-пропанол является обычным бытовым спиртом.

структурные изомеры пропанола : Химическая формула пропанола (C ₃ H ₇ OH) описывает несколько различных молекул, которые различаются в зависимости от положения спирта (OH). Каждая молекула является структурным изомером другой.

Ионы

Ион – это атом или молекула, которые имеют чистый электрический заряд, потому что их общее количество электронов не равно количеству протонов.

Задачи обучения

Сравните разные классы ионов

Основные выводы

Ключевые моменты

• Ионы образуются, когда количество протонов в атоме не равно количеству электронов.Если присутствует больше протонов, ион положительный и известен как катион; если присутствует больше электронов, ион отрицательный и называется анионом.
• Ионы являются высокореактивными частицами. Обычно они находятся в газообразном состоянии и не встречаются на Земле в изобилии. Они отталкиваются одинаковыми электрическими зарядами и притягиваются к противоположным зарядам.
• Электронное облако атома определяет размер атома; добавленные электроны (анионы) увеличивают отталкивание электронов, увеличивая размер иона, в то время как катионы (с меньшим количеством электронов) меньше атома, потому что в облаке меньше электронов, отталкивающих друг друга.

Ключевые термины

• ion : атом или группа атомов, несущих электрический заряд, например атомы натрия и хлора в солевом растворе.
• анион : ионы, которые заряжены отрицательно, потому что у них больше электронов, чем протонов.
• катион : ионы, которые заряжены положительно, потому что у них больше протонов, чем электронов.

Атом – это основная единица материи, состоящая из плотного ядра, состоящего из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, окруженного облаком отрицательно заряженных электронов.Если в атоме одинаковое количество протонов и электронов, он электронно нейтрален. Однако, если общее количество электронов не равно количеству протонов, атом имеет чистый электрический заряд.

Любой атом или молекула с чистым зарядом, положительным или отрицательным, называется ионом. Ион, состоящий из одного атома, является одноатомным ионом; Ион, состоящий из двух или более атомов, называется многоатомным ионом. Положительный электрический заряд протона равен по величине отрицательному заряду электрона; следовательно, чистый электрический заряд иона равен количеству протонов минус количество электронов.

Ионы являются высокоактивными частицами. Обычно они находятся в газообразном состоянии и не встречаются на Земле в изобилии. Ионы в жидком или твердом состоянии образуются при взаимодействии солей со своими растворителями. Они отталкиваются одинаковыми электрическими зарядами и притягиваются к противоположным зарядам.

Типы ионов

Есть специализированные типы ионов. Анионы имеют больше электронов, чем протонов, и поэтому имеют отрицательный заряд. Катионы имеют больше протонов, чем электронов, и поэтому имеют чистый положительный заряд.Цвиттерионы нейтральны и имеют как положительные, так и отрицательные заряды в разных местах молекулы. Анионы обычно больше, чем исходная молекула или атом, потому что избыточные электроны отталкиваются друг от друга и увеличивают физический размер электронного облака. Катионы обычно меньше их родительского атома или молекулы из-за меньшего размера их электронных облаков.

Ионы водорода : показаны отношения между молекулой, ее катионом и анионом.

Ион обозначается путем написания его отрицательного заряда в верхнем индексе сразу после химической структуры атома / молекулы. Обычно размер нетто записывается с величиной перед знаком; величина однозарядных молекул / атомов обычно не указывается. Одноатомные ионы иногда также представлены римскими цифрами, которые обозначают формальную степень окисления элемента, тогда как цифры с надстрочным индексом обозначают чистый заряд. Например, Fe ²⁺ можно обозначать как Fe (II).Эти представления можно рассматривать как эквивалентные для одноатомных ионов, но римские цифры нельзя применять к многоатомным ионам.

Ионы образования

Ионы могут быть образованы в результате ионизации, которая представляет собой процесс потери или приобретения нейтральным атомом электронов. Обычно электроны либо добавляются, либо теряются на валентной оболочке атома; электроны внутренней оболочки более тесно связаны с положительно заряженным ядром и поэтому не участвуют в этом типе химического взаимодействия.

Ионизация обычно включает перенос электронов между атомами или молекулами. Этот процесс мотивирован достижением более стабильных электронных конфигураций, таких как правило октетов, которое гласит, что наиболее стабильные атомы и ионы имеют восемь электронов на своей внешней (валентной) оболочке. Многоатомные и молекулярные ионы также могут быть образованы, как правило, за счет приобретения или потери элементарных ионов, таких как H ⁺ , в нейтральных молекулах. Многоатомные ионы обычно очень нестабильны и реакционны.

Типичный пример иона – Na ⁺ . У натрия есть заряд +1, потому что у натрия одиннадцать электронов. Однако, согласно правилу октетов, натрий был бы более стабильным с 10 электронами (2 в самой внутренней оболочке, 8 в самой внешней оболочке). Следовательно, натрий имеет тенденцию терять электрон, чтобы стать более стабильным. С другой стороны, хлор имеет тенденцию приобретать электрон, чтобы стать Cl ^– . Хлор, естественно, имеет 17 электронов, но он был бы более стабильным с 18 электронами (2 в самой внутренней оболочке, 8 во второй оболочке и 8 в валентной оболочке).Следовательно, хлор заберет электрон у другого атома, чтобы стать отрицательно заряженным.

Periodic Properties: Part 3, Ionic Radius, Predicting Ionic Charges – YouTube : Продолжение обсуждения периодических свойств, включая ионный радиус и способы прогнозирования ионных зарядов.

Периодические свойства элементов с примерами

Периодические свойства элементов с примерами

1) Атомный радиус:

Атомный радиус элементов уменьшается по мере продвижения слева направо в периодической таблице.Причина в том; атомные числа элементов увеличиваются слева направо за один и тот же период, таким образом, увеличение числа протонов вызывает увеличение притяжения электронов протонами. Напротив, в той же группе, когда мы идем сверху вниз, атомный радиус элементов увеличивается. Поскольку количество оболочек в одной группе увеличивается сверху вниз, притяжение электронов протонами уменьшается, а радиус атома увеличивается.

Пример: Найдите соотношение между атомными радиусами элементов ₃ X, ₁₁ Y и ₅ Z.

Сначала мы находим расположение элементов в периодической таблице.

₃ X: 1 с ² 2 с ¹ 2. период I Группа A

₁₁ Y: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ¹ 3. период и группа I A

₅ Z: 1s ² 2s ² 2p ¹ 2. период и группа III A.

I A III A

2. период X Z

3. период Y

Так как радиус атома увеличивается справа налево и сверху вниз;

Y> X> Z

2) Энергия ионизации:

Энергия, необходимая для удаления электрона из атомов или ионов, называется энергией ионизации .Энергия, необходимая для удаления первого валентного электрона, называется первой энергией ионизации, энергия, необходимая для удаления второго валентного электрона, называется второй энергией ионизации и т. Д. Следующие реакции показывают этот процесс;

X + IE ₁ → X ⁺ + e ^–

X ⁺ + IE ₂ → X ⁺² + e ^–

X ⁺² + IE ₃ → X ⁺³ + e ^–

Увеличение силы притяжения, прилагаемой ядром к электронам, затрудняет удаление электронов из оболочек.Вторая энергия ионизации больше, чем первая энергия ионизации, вторая энергия ионизации больше, чем третья энергия ионизации. Мы можем сказать это;

IE ₁ 2 3 <....

Когда электроны удаляются из атома, сила притяжения на электрон увеличивается, таким образом, удаление электрона из атома становится более трудным. Атомы с электронной конфигурацией ns ² np ⁶ обладают свойством сферической симметрии, и удаление электронов затруднено, а энергия ионизации высока.Более того, атомы с ns ² np ⁶ ns ¹ имеют более низкую энергию ионизации, поскольку удаление одного электрона у этих атомов делает их благородным газом и более стабильными. Таким образом, с них легко удалить электрон. Например;

₁₀ Ne: 1s ² 2s ² 2p ⁶ и

₁₁ Na: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ¹

IE _Ne > IE _Na

Зная последовательные энергии ионизации атома, помогает нам найти число валентных электронов атомов.Рассмотрим следующий пример;

IE ₁ IE ₂ IE ₃ IE ₄ IE ₅

176 347 1850 2520 3260

Увеличение энергии ионизации от второй до третьей больше, чем у других, поэтому атом имеет 2 валентных электрона.

Пример:

Na (газ) + IE ₁ → Na ⁺ + e ^–

Na (газ) + IE ₂ → Na ⁺² + 2e ^–

Na (твердый) + IE ₃ → Na ⁺ + e ^–

Na ⁺ (твердый) + IE ₄ → Na ⁺² + e ^–

Какое из следующих утверждений, относящихся к приведенным выше химическим уравнениям, неверно.

I. E ₁ – первая энергия ионизации Na

II. E ₃ > E ₁

III. E ₂ – вторая энергия ионизации Na

IV. E ₄ > E ₁

V. E ₂ = E ₁ + E ₄

Энергия первой ионизации – это энергия, необходимая для удаления одного электрона из нейтрального атома в газовом состоянии.Я правда.

E ₃ – сумма энергий E ₁ и энергии сублимации. Таким образом, E ₃ > E ₁ II верно

Вторая энергия ионизации – это энергия, необходимая для удаления одного электрона из +1 заряженного иона в газовом состоянии. Таким образом, III неверно.

E ₄ – вторая энергия ионизации, а E ₁ – первая энергия ионизации. Таким образом; E ₄ > E ₁ IV верно

Na (газ) + IE ₁ → Na ⁺ + e ^–

Na ⁺ (твердый) + IE ₄ → Na ⁺² + e ^–

——————————————

Na (газ) + (E ₁ + E ₄ ) → Na ⁺² (газ) + 2e ^–

Так; E ₂ = E ₁ + E ₄ V верно

Изменения энергии ионизации в Периодической таблице;

I A

Поскольку II A и V A обладают свойством сферической симметрии, они обладают большей энергией ионизации, чем III A и VI A.График, приведенный ниже, показывает соотношение между энергией ионизации и атомным номером.

3) Сродство к электрону:

Если к нейтральному атому в газообразном состоянии добавить электрон, выделяется энергия. Мы называем эту энергию « сродством к электрону ». Следующее химическое уравнение показывает этот процесс.

X (газ) + e ^– → X ^– (газ) + E

В общем, сродство к электрону увеличивается при переходе слева направо по периоду. Напротив, сродство к электрону уменьшается в группе сверху вниз.

4) Электроотрицательность:

В химической связи способность атомов притягивать электроны называется электроотрицательностью. Слева направо в периоде электроотрицательность увеличивается, а сверху вниз в группе электроотрицательность уменьшается.Поскольку благородные газы не образуют химических связей, нельзя говорить об их электроотрицательности.

5) Металл-неметалл:

Способность отдавать электрон называется свойством металла, а способность отдавать электрон называется неметаллическим свойством элементов. Двигаясь по периоду слева направо, свойства металла увеличиваются, а свойства неметалла уменьшаются. В группе металлов сверху вниз свойства металла повышаются. В группах неметаллов сверху вниз неметаллические свойства атомов снижаются.

Пример: Какое из следующих утверждений относится к данным элементам в таблице Менделеева ниже.

I. Металлические свойства X больше, чем Y, Z и T.

II. Атомный радиус Z больше, чем X, Y и T.

III. Энергия ионизации T больше IE X.

IV. Самый электроотрицательный элемент – Y.

Свойства металла увеличиваются справа налево и сверху вниз. Таким образом, Y – самый металлический элемент. Я не прав.

Радиусы атомов увеличиваются справа налево и сверху вниз. Таким образом, Y имеет больший атомный радиус. II ложно.

Энергия ионизации увеличивается слева направо за тот же период. Таким образом, IE _T > IE _X. III верно.

Электроотрицательность увеличивается слева направо и снизу вверх.Z – наиболее электроотрицательный элемент.

Обзор периодических свойств представлен на рисунке ниже.

Экзамены по таблице Менделеева и решения проблем

Периодическая таблица элементов | Живая наука

Периодическая таблица элементов объединяет все известные химические элементы в информативный массив.Элементы расположены слева направо и сверху вниз в порядке увеличения атомного номера. Порядок обычно совпадает с увеличением атомной массы.

Строки называются периодами. По данным Лос-Аламосской национальной лаборатории, номер периода элемента означает наивысший уровень энергии, который занимает электрон в этом элементе (в невозбужденном состоянии). Число электронов в периоде увеличивается по мере движения вниз по таблице Менделеева; следовательно, по мере увеличения энергетического уровня атома количество энергетических подуровней на каждый энергетический уровень увеличивается.

Элементы, которые занимают один и тот же столбец в периодической таблице (называемые «группой»), имеют идентичные валентные электронные конфигурации и, следовательно, ведут себя аналогичным образом химически. Например, все элементы группы 18 – инертные газы. [По теме: Как сгруппированы элементы?]

«Отец» периодической таблицы

Дмитрий Менделеев, русский химик и изобретатель, считается «отцом» периодической таблицы, согласно Королевскому химическому обществу. В 1860-х годах Менделеев был популярным лектором в университете Санкт-Петербурга.Петербург, Россия. Поскольку в то время на русском языке не существовало современных учебников органической химии, Менделеев решил написать их и одновременно заняться проблемой неупорядоченных элементов.

Расставить элементы в каком-либо порядке было бы довольно сложно. В то время было известно менее половины элементов, и по некоторым из них были даны неверные данные. Это было похоже на работу над действительно сложным пазлом, состоящим только из половины частей, а некоторые из них деформированы.

Менделеев в конечном итоге написал окончательный учебник химии своего времени, названный «Основы химии» (два тома, 1868–1870 гг.), Согласно Ханской академии. Когда он работал над этим, он натолкнулся на важное открытие, которое внесло большой вклад в разработку действующей таблицы Менделеева. По данным Королевского химического общества, после записи свойств элементов на карточках он начал их упорядочивать, увеличивая атомный вес. Именно тогда он заметил, что регулярно появляются определенные типы элементов.После интенсивной работы над этой «головоломкой» в течение трех дней Менделеев сказал, что ему приснился сон, в котором все элементы встали на свои места, как и требовалось. Проснувшись, он сразу же записал их на листе бумаги – исправление показалось ему необходимым только в одном месте, как он позже сказал.

Менделеев расположил элементы по атомному весу и валентности. Он не только оставил место для элементов, которые еще не были обнаружены, но и предсказал свойства пяти из этих элементов и их соединений.В 1869 году он представил результаты Российскому химическому обществу. Его новая периодическая система была опубликована в немецком химическом журнале Zeitschrift fϋr Chemie (Журнал химии).

Чтение таблицы

Периодическая таблица содержит огромное количество важной информации:

Атомный номер: Число протонов в атоме называется атомным номером этого элемента. Количество протонов определяет, что это за элемент, а также определяет химическое поведение элемента.Например, атомы углерода имеют шесть протонов, атомы водорода – один, а атомы кислорода – восемь.

Атомарный символ : Атомарный символ (или символ элемента) – это сокращение, выбранное для обозначения элемента («C» для углерода, «H» для водорода и «O» для кислорода и т. Д.). Эти символы используются во всем мире и иногда бывают неожиданными. Например, символ вольфрама – «W», потому что другое название этого элемента – вольфрам. Кроме того, атомный символ золота – «Au», потому что слово «золото» на латыни – aurum .

Атомный вес : Стандартный атомный вес элемента – это средняя масса элемента в атомных единицах массы (а.е.м.). Отдельные атомы всегда имеют целое число атомных единиц массы; однако атомная масса в периодической таблице указана как десятичное число, потому что это среднее значение различных изотопов элемента. Среднее количество нейтронов для элемента можно найти, вычитая количество протонов (атомный номер) из атомной массы.

Атомный вес для элементов 93-118: Для природных элементов атомный вес рассчитывается путем усреднения весов естественного содержания изотопов этого элемента.Однако для созданных в лаборатории трансурановых элементов – элементов с атомными номерами выше 92 – нет «естественного» содержания. Условие состоит в том, чтобы указать атомный вес самого долгоживущего изотопа в периодической таблице. Эти атомные веса следует рассматривать как предварительные, поскольку в будущем может быть получен новый изотоп с более длительным периодом полураспада.

В эту категорию входят сверхтяжелые элементы или элементы с атомными номерами выше 104. Чем больше ядро ​​атома, которое увеличивается с увеличением количества протонов внутри, тем более нестабильным является этот элемент в целом.Таким образом, по данным Международного союза чистой и прикладной химии (IUPAC), эти негабаритные элементы мимолетны, действуют всего несколько миллисекунд, прежде чем распасться на более легкие элементы. Например, сверхтяжелые элементы 113, 115, 117 и 118 были проверены IUPAC в декабре 2015 года, заполнив седьмую строку или точку в таблице. Несколько разных лабораторий производили сверхтяжелые элементы. Атомные номера, временные названия и официальные названия: