§3. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева
Лабораторный опыт №2
Моделирование построения Периодической системы Д. И. Менделеева
Смоделируйте построение Периодической системы д. И. Менделеева. Для этого подготовьте 20 карточек размером 6 × 10 см для элементов с порядковыми номерами с 1−го по 20−й. На каждой карточке укажите следующие сведения об элементе: химический символ, название, относительную атомную массу, формулу высшего оксида, гидроксида (в скобках укажите их характер основный, кислотный или амфотерный), формулу летучего водородного соединения (для неметаллов).
Перемещайте карточки, а затем расположите их в ряд по возрастанию относительных атомных масс элементов. Сходные элементы с 1−го по 18−й расположите друг под другом: водород над литием и калий под натрием, соответственно кальций под магнием, гелий под неоном. Сформулируйте выявленную вами закономерность в виде закона. Обратите внимание на несоответствие относительных атомных масс аргона и калия их расположению по общности свойств элементов. Обьясните причину этого явления.
Ответ:
Периодический закон: свойства элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости относительной атомной массы.
В периодической таблице Менделеева элементы расположены не по возрастанию атомных масс, а по возрастанию количества протонов в ядре. Аргон имеет порядковый номер 18, значит у него 18 протонов в ядре; калий − порядковый номер 19, поэтому у него 19 протонов в ядре. Сделаем вывод, что аргон должен стоять перед калием.
i
1. Найдите в Интернете электронные адреса, раскрывающие содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа для создания классного банка данных.
Ответ:
Электронные адреса, раскрывающие содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа для создания классного банка данных:
1) Сайт "Infourok".
2) Сайт "Multiurok".
3) Сайт "Studarium".
2. Используя ресурсы Интернета, подготовьте информационный продукт (по выбору): презентацию по теме урока или сообщение по одному из ключевых слов (словосочетаний) параграфа.
Ответ:
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 важнейших значения Периодического закона и Периодической системы дополняет ещё одно, которое заключается в возможности прогнозировать, т. е. предсказывать, описывать свойства и указывать пути открытия новых химических элементов.
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".
?
1. 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.
Ответ:
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 важнейших значения Периодического закона и Периодической системы дополняет ещё одно, которое заключается в возможности прогнозировать, т. е. предсказывать, описывать свойства и указывать пути открытия новых химических элементов.
Пример закона из курса физики: закон Гука.
Пример закона из курса биологии: закон Менделя.
2. 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.
Ответ:
Химический элемент, в атоме которого электроны располагаются по уровням согласно ряду чисел: 2, 5 − азот.
Элемент азот образует простое вещество $N_{2}$.
Азот имеет водородное соединение – аммиак $NH_{3}$.
Высший оксид азота $N_{2}O_{5}$ − кислотный оксид.
Взаимодействует с водой:
$N_{2}O_{5} + H_{2}O = 2HNO_{3}$
Взаимодействует с основными оксидами:
$N_{2}O_{5} + K_{2}O = 2KNO_{3}$
Взаимодействует со щелочами:
$N_{2}O_{5} + 2KOH = 2KNO_{3} + H_{2}O$
3. 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?
Ответ:
Когда бериллий имел относительную атомную массу 13,5, он располагался между углеродом и азотом. В этом случае нарушалась закономерность изменения свойств. Поэтому бериллий перенесли во вторую группу, основываясь на его химических свойствах. Д. И. Менделеев принял решение расположить берилий между литием и бором, а атомную массу исправил на 9 (среднее значение атомных масс лития и бора: $\frac{7\;+\;11}{2}$ = 9).
4. 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?
Ответ:
Простое вещество, образованное химическим элементом, в атоме которого электроны распределены по энергетическим уровням согласно ряду чисел: 2, 8, 8, 2 − кальций.
Простое вещество, образованное элементом №7 − азот.
$Ca + N_{2} ⟶ Ca_{3}N_{2}$
Исходные вещества:
Между атомами кальция возникает металлическая связь.
Кальций имеет металлическую кристаллическую решетку.
Молекулы азота образованы ковалентной неполярной связью.
Азот имеют молекулярную кристаллическую решетку.
Продукты реакции:
Молекулы нитрида кальция образованы ионной связью.
Нитрид кальция имеет ионную кристаллическую решетку
Простое вещество, образованное элементом №8 − кислород.
$2Ca + O_{2} ⟶ 2CaO$
Исходные вещества:
Между атомами кальция возникает металлическая связь.
Кальций имеет металлическую кристаллическую решетку.
Молекулы кислорода образованы ковалентной неполярной связью.
Кислород имеет молекулярную кристаллическую решетку.
Продукты реакции:
Молекулы оксида кальция образованы ионной связью.
Оксид кальция имеет ионную кристаллическую решетку.
5. Расположите в порядке усиления металлических свойств следующие элементы: As, Sb, N, P, Bi. Обоснуйте полученный ряд, исходя из строения атомов этих элементов.
Ответ:
Расположим элементы в порядке усиления металлических свойств:
1) N
2) P
3) As
4) Sb
5) Bi
Эти элементы располагаются в одной группе. В группах сверху вниз усиливаются металлические свойства.
6. Расположите в порядке усиления неметаллических свойств следующие элементы: Si, Al, P, S, Cl, Mg, Na. Обоснуйте полученный ряд, исходя из строения атомов этих элементов.
Ответ:
Расположим элементы в порядке усиления неметаллических свойств:
1) Na
2) Mg
3) Al
4) Si
5) P
6) S
7) Cl
Эти элементы располагаются в одном периоде. В периоде слева направо усиливаются неметаллические свойства.
7. Расположите в порядке ослабления кислотных свойств оксиды, формулы которых: $SiO_{2}, P_{2}O_{5}, Al_{2}O_{3}$, $Na_{2}O, MgO, Cl_{2}O_{7}$. Обоснуйте полученный ряд. Запишите формулы гидроксидов, соответствующих этим оксидам. Как изменяется их кислотный характер в предложенном вами ряду?
Ответ:
Расположим оксиды в порядке ослабления кислотных свойств:
1) $Cl_{2}O_{7}$
2) $P_{2}O_{5}$
3) $SiO_{2}$
4) $Al_{2}O_{3}$
5) MgO
6) $Na_{2}O$
Обоснуем полученный ряд:
$Cl_{2}O_{7}, P_{2}O_{5}, SiO_{2}$ − проявляют кислотные свойства;
$Al_{2}O_{3}$ – проявляет амфотерные свойства;
$MgO, Na_{2}O$ – проявляют основные свойства.
Соответствующие гидроксиды: $HClO_{4}, H_{3}PO_{4}, H_{2}SiO_{3}, Al(OH)_{3}, Mn(OH)_{2}, NaOH$.
В данном ряду гидроксидов кислотный характер ослабевает.
8. 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?
Ответ:
Расположим в порядке возрастания основных свойств:
1) $B_{2}O_{3}$
2) BeO
3) $Li_{2}O$
Основный оксид Соответствующий гидроксид
$B_{2}O_{3}$ $H_{3}BO_{3}$ (кислотный)
BeO $Be(OH)_{2}$ (амфотерный)
$Li_{2}O$ LiOH (основный)
9. Что такое изотопы? Как открытие изотопов способствовало становлению Периодического закона?
Ответ:
Изотопы − это атомы одного химического элемента, имеющие одинаковое число протонов и электронов, но разное число нейтронов.
Открытие изотопов привело к новой формулировки Периодического закона: свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от зарядов их атомных ядер.
10. 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?
Ответ:
Заряд атомных ядер возрастают монотонно, так как увеличивается и количество электронов.
Но свойства элементов и образуемых ими веществ изменяются периодически, потому что свойства зависят от количества валентных электронов, которые равны номеру группы.
11. 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.
Ответ:
Первая формулировка Периодического закона: свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от относительных атомных масс элементов.
Вторая формулировка Периодического закона: свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от зарядов их атомных ядер.
Третья формулировка Периодического закона: свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от строения внешних энергетических уровней в электронной оболочке атома.
