Атомный объем – таблицы электронного справочника по химии, содержащие Атомный объем

11.1 Периодичность

Атомный объем - таблицы электронного справочника по химии, содержащие Атомный объем

Макеты страниц

Если бы вас спросили: «Какие данные свидетельствуют о периодичности элементов?» , – можно было бы подобрать целый ряд примеров. Скорее всего вы указали бы на пример со щелочными металлами. Хорошо известно, что литий, натрий и калий бурно реагируют с водой и при этом высвобождается большое количество энергии, как, например, в реакции

Можно было бы указать и на галогены. Все они обладают, например, свойствами окислителей, соединяются с металлами, образуя галогениды соответствующих металлов. Хлор, бром и иод, реагируя с раскаленным докрасна железом, образуют галогениды железа(III):

А вот пример с благородными газами: все они относительно инертны и образуют всего лишь несколько устойчивых соединений.

В любом из этих случаев различные элементы составляют группу элементов со сходными химическими и физическими свойствами.

Одну из первых попыток подразделить элементы на группы предпринял Лавуазье. В 1789 г. он опубликовал книгу, в которой составил перечень «простых веществ, не разложимых никакими известными процессами анализа». Этот перечень включал многие известные элементы и, кроме того, тепло и свет. Лавуазье разделил все эти «вещества» на четыре группы.

Первая группа включала тепло, свет и такие газы, как кислород и азот. Вторая группа включала такие элементы, как сера и фосфор. Все элементы этой группы образуют кислотные оксиды.

Третья группа включала металлы, такие, как медь, олово, свинец и цинк. Чертвертая группа содержала «простые землистые вещества, способные давать соли». Эти вещества включали известь, барит, магнезию, глинозем и кремнезем, т. е. оксиды кальция, бария, магния, алюминия и кремния соответственно.

Закон триад

В 1817 г. немецкий химик Иоганн Вольфганг Дёберейнер (1780-1849) заметил, что относительная атомная масса (или атомный вес, как было принято в то время) стронция приблизительно совпадает со средним значением относительных атомных

Таблица 11.1. Триады Дёберейнера

Рис. 11.1. Спиральная форма периодической таблицы.

масс кальция и бария. В 1829 г. Дёберейнер сообщил, что несколько групп элементов (в каждой такой группе содержалось по три элемента) обладают сходными физическими и химическими свойствами каждая. Эти группы получили название триады (см. табл. 11.1).

В 1850 г. было предпринято несколько попыток сгруппировать все известные элементы в триады, а также найти численные соотношения между их атомными весами.

Спиральные расположения

В течение следующих 50 лет были предложены различные спиральные расположения элементов (см. рис. 11.1). Одно из таких расположений разработал де Шанкуртуа в 1863 г.

Он расположил элементы в порядке возрастания их относительной атомной массы по спирали на поверхности цилиндра, разделенного на вертикальные полосы.

Элементы со сходными химическими и физическими свойствами оказывались при этом расположенными на одной вертикали. Однако работа Шанкуртуа не вызвала большого интереса.

В 1864 г. андийский химик-аналитик Джон Ньюлендс (1837-1898) заметил, что если расположить элементы в порядке возрастания атомного веса, то каждый восьмой элемент, начиная от выбранного произвольно, в какой-то мере подобен первому, как восьмая нота в музыкальной октаве.

Ньюлендс назвал эту закономерность законом октав. В 1865 г. он построил таблицу, в которой элементы были расположены в порядке возрастания их «атомных номеров». Они представляли собой порядковые номера элементов в ряду возрастания их атомного веса. В табл. 11.

2 приведены три первые ряда из таблицы Ньюлендса.

Таблица 11.2. Часть распределения элементов по «октавам» Ньюлендса

Хотя таблица Ньюлендса правильно размещает первые 17 элементов, дальше в ней начинается путаница. Ньюлендс был вынужден помещать в некоторые места таблицы сразу по два элемента, и, кроме того, было совершенно очевидно несходство между некоторыми элементами из общих столбцов таблицы. Например, фосфор имеет мало общих свойств с марганцем, а железо – с серой.

«Закон октав» Ньюлендса не получил признания, и о нем забыли на долгие годы. Когда Ньюлендс представил свою статью на рассмотрение Лондонского химического общества, его саркастически спрашивали, не пытался ли он также располагать элементы в алфавитном порядке по начальным буквам их названий. С 1868 г. по 1886 г. Ньюлендс был главным химиком сахароочистительного завода.

Рис. 11.2. Изменение атомного объема элементов в зависимости от их атомного номера.

В 1870 г. немецкий химик Лотар Мейер построил график зависимости атомного объема элементов от их относительной атомной массы. Атомный объем элемента определяется соотношением

Этот график (рис. 11.2) позволил Мейеру построить таблицу, показывающую периодическое расположение элементов.

Лотар Мейер (1830-1895) – немецкий химик. Продемонстрировал независимо от Д. И. Менделеева приницяпы, на которых основана периодическая таблица элементов. В его книге «Современная химическая теория» (1864 г.) предложен первый вариант таблицы, который включал 28 элементов. В 1869 г.

он опубликовал расширенный вариант таблицы, содержавший 57 элементов. Мейер продемонстрировал периодичность при помощи графика зависимости атомных объемов элементов от их атомного веса (современный термин – относительная атомная масса).

Эта периодичность лучше обнаруживается на графике зависимости атомного объема элементов от их атомного номера (см. рис. 11.2).

Периодический закон Менделеева

Приблизительно в то же время, когда Мейер получил свою кривую атомного объема элементов, русский химик Дмитрий Иванович Менделеев построил периодическую таблицу элементов в той форме, из которой произошла современная периодическая таблица.

В таблице Менделеева элементы были расположены в порядке возрастания относительной атомной массы, подобно тому, как это было сделано в таблице Ньюлендса. Элементы были распределены по горизонтальным рядам, называемым периодами, и восьми вертикальным колонкам, называемым группами.

Такое расположение основывалось на свойствах элементов и на формулах образуемых ими соединений (табл. 11.3). Например, все металлы I группы образуют хлориды, имеющие формулы

Таблица 11.3. Первые пять периодов Периодической таблицы Д. И. Менделеева

Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907).

Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907). Родился в Тобольске, в Сибири. До поступления в университет получил образование учителя и работал преподавателем химии. С 1859 по 1861 г. Менделеев работал над докторской диссертацией в Гейдельбергском университете.

Именно в это время он побывал на конференции, где известный итальянский химик Канниццаро распространял копии своей таблицы атомных весов. Менделеев начал работать над проблемой систематизации химических элементов и в 1869 г. создал свою знаменитую Периодическую таблицу.

В это время он уже был профессором общей химии в Петербургском университете (1865 1890).

Однако, в отличие от таблицы Ньюлендса, таблица Менделеева включала отдельную группу для элементов, которые не укладывались в ее расположение. Например, в то время как Ньюлендс «втискивал» кобальт и никель на одно и то же место в своей таблице, Менделеев помещал их раздельно. Менделеев также оставил в таблице пустые места для еще неизвесгных элементов.

Он делал определенные предсказания относительно свойств тех элементов, которым надлежало заполнить эти места. После того, как были открыты три из таких элементов — германий, скандий и галлий, оказалось, что они обладают свойствами, поразительно сходными с теми, которые предсказывал Менделеев.

Например, Менделеев правильно предсказал формулы оксида германия (IV) и хлорида

На основе составленной им таблицы Менделеев сформулировал периодический закон, согласно которому «свойства элементов периодически изменяются в соответствии с их атомным весом».

Но оставался еще ряд нерешенных проблем. Во-первых, Менделеев, подобно Ньюлендсу, поместил в своей таблице иод после теллура, несмотря на то что

относительная атомная масса иода (126,9) меньше, чем у теллура. Бериллий тоже был помещен в таблице не на своем месте. Имея относительную атомную массу 13,5, он должен был расположиться между углеродом и азотом.

Во-вторых, в таблице Менделеева не отводилось места благородным гаэам, открытие которых произошло только в 1890-х годах. В 1893 г.

английские ученые Джон Рэлей и Уильям Рамзай открыли аргон, а спустя пять лет за этим последовало открытие гелия, неона, криптона и ксенона.

Эти проблемы были окончательно разрешены лишь в 1914 г., когда Генри Мозли (см. разд. 1.1) показал, что элементы могут быть расположены в периодической последовательности в соответствии с их атомными номерами.

Строение атомов химических элементов. Состав атомного ядра. Строение электронных оболочек атомов

Атомный объем - таблицы электронного справочника по химии, содержащие Атомный объем

Атом — наименьшая частица вещества, неделимая химическим путем. В XX веке было выяснено сложное строение атома. Атомы состоят из положительно заряженного ядра и оболочки, образованной отрицательно заряженными электронами.

Общий заряд свободного атома* равен нулю, так как заряды ядра и электронной оболочки уравновешивают друг друга.

При этом величина заряда ядра равна номеру элемента в периодической таблице (атомному номеру) и равна общему числу электронов (заряд электрона равен −1).

Атомное ядро состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных частиц — нейтронов, не имеющих заряда. Обобщенные характеристики элементарных частиц в составе атома можно представить в виде таблицы:

Название частицыОбозначениеЗарядМасса
протонp+11
нейтронn01
электронe−−1принимается равной 0

Число протонов равно заряду ядра, следовательно, равно атомному номеру. Чтобы найти число нейтронов в атоме, нужно от атомноймассы (складывающейся из масс протонов и нейтронов) отнять заряд ядра (число протонов).

Например, в атоме натрия 23Na число протонов p = 11, а число нейтронов n = 23 − 11 = 12

Число нейтронов в атомах одного и того же элемента может быть различным. Такие атомы называют изотопами.

Электронная оболочка атома также имеет сложное строение. Электроны располагаются на энергетических уровнях (электронных слоях).

Номер уровня характеризует энергию электрона. Связано это с тем, что элементарные частицы могут передавать и принимать энергию не сколь угодно малыми величинами, а определенными порциями — ква́нтами. Чем выше уровень, тем большей энергией обладает электрон.

Поскольку чем ниже энергия системы, тем она устойчивее (сравните низкую устойчивость камня на вершине горы, обладающего большой потенциальной энергией, и устойчивое положение того же камня внизу на равнине, когда его энергия значительно ниже), вначале заполняются уровни с низкой энергией электрона и только затем — высокие.

Максимальное число электронов, которое может вместить уровень, можно рассчитать по формуле:
N = 2n2, где N — максимальное число электронов на уровне,
n — номер уровня.

Тогда для первого уровня N = 2 · 12 = 2,

для второго N = 2 · 22 = 8 и т. д.

Число электронов на внешнем уровне для элементов главных (А) подгрупп равно номеру группы.

В большинстве современных периодических таблиц расположение электронов по уровням указано в клеточке с элементом. Оченьважно понимать, что уровни читаются снизу вверх, что соответствует их энергии. Поэтому столбик цифр в клеточке с натрием:18

2

следует читать так:

на 1-м уровне — 2 электрона,

на 2-м уровне — 8 электронов,

на 3-м уровне — 1 электрон
Будьте внимательны, очень распространенная ошибка!

Распределение электронов по уровням можно представить в виде схемы:
11Na ) ) )
       2  8  1

Если в периодической таблице не указано распределение электронов по уровням, можно руководствоваться:

  • максимальным количеством электронов: на 1-м уровне не больше 2 e−,на 2-м — 8 e−,на внешнем уровне — 8 e−;
  • числом электронов на внешнем уровне (для первых 20 элементов совпадает с номером группы)

Тогда для натрия ход рассуждений будет следующий:

  1. Общее число электронов равно 11, следовательно, первый уровень заполнен и содержит 2 e−;
  2. Третий, наружный уровень содержит 1 e− (I группа)
  3. Второй уровень содержит остальные электроны: 11 − (2 + 1) = 8 (заполнен полностью)

* Ряд авторов для более четкого разграничения свободного атома и атома в составе соединения предлагают использовать термин «атом» только для обозначения свободного (нейтрального) атома, а для обозначения всех атомов, в том числе и в составе соединений, предлагают термин «атомные частицы». Время покажет, как сложится судьба этих терминов. С нашей точки зрения, атом по определению является частицей, следовательно, выражение «атомные частицы» можно рассматривать как тавтологию («масло масляное»).

Какое количество вещества водорода выделится при взаимодействии цинка с соляной кислотой массой 146 г?

Решение:

  1. Записываем уравнение реакции: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
  2. Находим молярную массу соляной кислоты: M (HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 (г/моль)
    (молярную массу каждого элемента, численно равную относительной атомной массе, смотрим в периодической таблице под знаком элемента иокругляем до целых, кроме хлора, который берется 35,5)
  3. Находим количество вещества соляной кислоты: n (HCl) = m / M = 146 г / 36,5 г/моль = 4 моль
  4. Записываем над уравнением реакции имеющиеся данные, а под уравнением — число моль согласно уравнению (равно коэффициенту перед веществом):
            4 моль           x моль
    Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
           2 моль            1 моль
  5. Составляем пропорцию:
    4 моль — x моль2 моль — 1 моль(или с пояснением:

    из 4 моль соляной кислоты получится x моль водорода,

    а из 2 моль — 1 моль)

  6. Находим x:
    x =4 моль • 1 моль / 2 моль = 2 моль

Ответ: 2 моль.

автор: Владимир Соколов

Таблица Менделеева для чайников – HIMI4KA

Атомный объем - таблицы электронного справочника по химии, содержащие Атомный объем

Еще в школе, сидя на уроках химии, все мы помним таблицу на стене класса или химической лаборатории.

Эта таблица содержала классификацию всех известных человечеству химических элементов, тех фундаментальных компонентов, из которых состоит Земля и вся Вселенная.

Тогда мы и подумать не могли, что таблица Менделеева бесспорно является одним из величайших научных открытий, который является фундаментом нашего современного знания о химии.

Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

На первый взгляд, ее идея выглядит обманчиво просто: организовать химические элементы в порядке возрастания веса их атомов. Причем в большинстве случаев оказывается, что химические и физические свойства каждого элемента сходны с предыдущим ему в таблице элементом.

Эта закономерность проявляется для всех элементов, кроме нескольких самых первых, просто потому что они не имеют перед собой элементов, сходных с ними по атомному весу.

Именно благодаря открытию такого свойства мы можем поместить линейную последовательность элементов в таблицу, очень напоминающую настенный календарь, и таким образом объединить огромное количество видов химических элементов в четкой и связной форме.

Разумеется, сегодня мы пользуемся понятием атомного числа (количества протонов) для того, чтобы упорядочить систему элементов. Это помогло решить так называемую техническую проблему «пары перестановок», однако не привело к кардинальному изменению вида периодической таблицы.

В периодической таблице Менделеева все элементы упорядочены с учетом их атомного числа, электронной конфигурации и повторяющихся химических свойств. Ряды в таблице называются периодами, а столбцы группами. В первой таблице, датируемой 1869 годом, содержалось всего 60 элементов, теперь же таблицу пришлось увеличить, чтобы поместить 118 элементов, известных нам сегодня.

Периодическая система Менделеева систематизирует не только элементы, но и самые разнообразные их свойства. Химику часто бывает достаточно иметь перед глазами Периодическую таблицу для того, чтобы правильно ответить на множество вопросов (не только экзаменационных, но и научных).

The ID of 1M7iKKVnPJE is invalid.

Периодический закон

Существуют две формулировки периодического закона химических элементов: классическая и современная.

Классическая, в изложении его первооткрывателя Д.И. Менделеева: свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величин атомных весов элементов.

Современная: свойства простых веществ, а также свойства и формы соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера).

Графическим изображением периодического закона является периодическая система элементов, которая представляет собой естественную классификацию химических элементов, основанную на закономерных изменениях свойств элементов от зарядов их атомов. Наиболее распространёнными изображениями периодической системы элементов Д.И. Менделеева являются короткая и длинная формы.

Группы и периоды Периодической системы

Группами называют вертикальные ряды в периодической системе. В группах элементы объединены по признаку высшей степени окисления в оксидах. Каждая группа состоит из главной и побочной подгрупп.

Главные подгруппы включают в себя элементы малых периодов и одинаковые с ним по свойствам элементы больших периодов. Побочные подгруппы состоят только из элементов больших периодов.

Химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются.

Периодом называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомных) номеров.

В периодической системе имеются семь периодов: первый, второй и третий периоды называют малыми, в них содержится соответственно 2, 8 и 8 элементов; остальные периоды называют большими: в четвёртом и пятом периодах расположены по 18 элементов, в шестом — 32, а в седьмом (пока незавершенном) — 31 элемент. Каждый период, кроме первого, начинается щелочным металлом, а заканчивается благородным газом.

Физический смысл порядкового номера химического элемента: число протонов в атомном ядре и число электронов, вращающихся вокруг атомного ядра, равны порядковому номеру элемента.

Свойства таблицы Менделеева

Напомним, что группами называют вертикальные ряды в периодической системе и химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются.

Свойства элементов в подгруппах закономерно изменяются сверху вниз:

  • усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические;
  • возрастает атомный радиус;
  • возрастает сила образованных элементом оснований и бескислородных кислот;
  • электроотрицательность падает.

Все элементы, кроме гелия, неона и аргона, образуют кислородные соединения, существует всего восемь форм кислородных соединений.

В периодической системе их часто изображают общими формулами, расположенными под каждой группой в порядке возрастания степени окисления элементов: R2O, RO, R2O3, RO2, R2O5, RO3, R2O7, RO4, где символом R обозначают элемент данной группы.

Формулы высших оксидов относятся ко всем элементам группы, кроме исключительных случаев, когда элементы не проявляют степени окисления, равной номеру группы (например, фтор).

Оксиды состава R2O проявляют сильные основные свойства, причём их основность возрастает с увеличением порядкового номера, оксиды состава RO (за исключением BeO) проявляют основные свойства. Оксиды состава RO2, R2O5, RO3, R2O7 проявляют кислотные свойства, причём их кислотность возрастает с увеличением порядкового номера.

Элементы главных подгрупп, начиная с IV группы, образуют газообразные водородные соединения. Существуют четыре формы таких соединений. Их располагают под элементами главных подгрупп и изображают общими формулами в последовательности RH4, RH3, RH2, RH.

Соединения RH4 имеют нейтральный характер; RH3 — слабоосновный; RH2 — слабокислый; RH — сильнокислый характер.

Напомним, что периодом называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомных) номеров.

В пределах периода с увеличением порядкового номера элемента:

  • электроотрицательность возрастает;
  • металлические свойства убывают, неметаллические возрастают;
  • атомный радиус падает.

К ним относятся элементы из первой и второй группы периодической таблицы. Щелочные металлы из первой группы — мягкие металлы, серебристого цвета, хорошо режутся ножом. Все они обладают одним-единственным электроном на внешней оболочке и прекрасно вступают в реакцию.

 Щелочноземельные металлы из второй группы также имеют серебристый оттенок. На внешнем уровне помещено по два электрона, и, соответственно, эти металлы менее охотно взаимодействуют с другими элементами.

По сравнению со щелочными металлами, щелочноземельные металлы плавятся и кипят при более высоких температурах.

Показать / Скрыть текст

Щелочные металлыЩелочноземельные металлы
Литий Li 3Бериллий Be 4
Натрий Na 11Магний Mg 12
Калий K 19Кальций Ca 20
Рубидий Rb 37Стронций Sr 38
Цезий Cs 55Барий Ba 56
Франций Fr 87Радий Ra 88

Лантаниды (редкоземельные элементы) и актиниды

Лантаниды — это группа элементов, изначально обнаруженных в редко встречающихся минералах; отсюда их название «редкоземельные» элементы.

Впоследствии выяснилось, что данные элементы не столь редки, как думали вначале, и поэтому редкоземельным элементам было присвоено название лантаниды. Лантаниды и актиниды занимают два блока, которые расположены под основной таблицей элементов.

Обе группы включают в себя металлы; все лантаниды (за исключением прометия) нерадиоактивны; актиниды, напротив, радиоактивны.

Показать / Скрыть текст

ЛантанидыАктиниды
Лантан La 57Актиний Ac 89
Церий Ce 58Торий Th 90
Празеодимий Pr 59Протактиний Pa 91
Неодимий Nd 60Уран U 92
Прометий Pm 61Нептуний Np 93
Самарий Sm 62Плутоний Pu 94
Европий Eu 63Америций Am 95
Гадолиний Gd 64Кюрий Cm 96
Тербий Tb 65Берклий Bk 97
Диспрозий Dy 66Калифорний Cf 98
Гольмий Ho 67Эйнштейний Es 99
Эрбий Er 68Фермий Fm 100
Тулий Tm 69Менделевий Md 101
Иттербий Yb 70Нобелий No 102

Галогены и благородные газы

Галогены и благородные газы объединены в группы 17 и 18 периодической таблицы. Галогены представляют собой неметаллические элементы, все они имеют семь электронов во внешней оболочке.

В благородных газахвсе электроны находятся во внешней оболочке, таким образом с трудом участвуют в образовании соединений. Эти газы называют «благородными, потому что они редко вступают в реакцию с прочими элементами; т. е.

ссылаются на представителей благородной касты, которые традиционно сторонились других людей в обществе.

Показать / Скрыть текст

ГалогеныБлагородные газы
Фтор F 9Гелий He 2
Хлор Cl 17Неон Ne 10
Бром Br 35Аргон Ar 18
Йод I 53Криптон Kr 36
Астат At 85Ксенон Xe 54
 —Радон Rn 86

Переходные металлы

Переходные металлы занимают группы 3—12 в периодической таблице. Большинство из них плотные, твердые, с хорошей электро- и теплопроводностью. Их валентные электроны (при помощи которых они соединяются с другими элементами) находятся в нескольких электронных оболочках.

Показать / Скрыть текст

Переходные металлы
Скандий Sc 21
Титан Ti 22
Ванадий V 23
Хром Cr 24
Марганец Mn 25
Железо Fe 26
Кобальт Co 27
Никель Ni 28
Медь Cu 29
Цинк Zn 30
Иттрий Y 39
Цирконий Zr 40
Ниобий Nb 41
Молибден Mo 42
Технеций Tc 43
Рутений Ru 44
Родий Rh 45
Палладий Pd 46
Серебро Ag 47
Кадмий Cd 48
Лютеций Lu 71
Гафний Hf 72
Тантал Ta 73
Вольфрам W 74
Рений Re 75
Осмий Os 76
Иридий Ir 77
Платина Pt 78
Золото Au 79
Ртуть Hg 80
Лоуренсий Lr 103
Резерфордий Rf 104
Дубний Db 105
Сиборгий Sg 106
Борий Bh 107
Хассий Hs 108
Мейтнерий Mt 109
Дармштадтий Ds 110
Рентгений Rg 111
Коперниций Cn 112

Металлоиды

Металлоиды занимают группы 13—16 периодической таблицы. Такие металлоиды, как бор, германий и кремний, являются полупроводниками и используются для изготовления компьютерных чипов и плат.

Показать / Скрыть текст

Металлоиды
Бор B 5
Кремний Si 14
Германий Ge 32
Мышьяк As 33
Сурьма Sb 51
Теллур Te 52
Полоний Po 84

Постпереходными металлами

Элементы, называемые постпереходными металлами, относятся к группам 13—15 периодической таблицы. В отличие от металлов, они не имеют блеска, а имеют матовую окраску.

В сравнении с переходными металлами постпереходные металлы более мягкие, имеют более низкую температуру плавления и кипения, более высокую электроотрицательность. Их валентные электроны, с помощью которых они присоединяют другие элементы, располагаются только на внешней электронной оболочке.

Элементы группы постпереходных металлов имеют гораздо более высокую температуру кипения, чем металлоиды.

Показать / Скрыть текст

Постпереходные металлы
Алюминий Al 13
Галлий Ga 31
Индий In 49
Олово Sn 50
Таллий Tl 81
Свинец Pb 82
Висмут Bi 83

Неметаллы

Из всех элементов, классифицируемых как неметаллы, водород относится к 1-й группе периодической таблицы, а остальные — к группам 13—18. Неметаллы не являются хорошими проводниками тепла и электричества. Обычно при комнатной температуре они пребывают в газообразном (водород или кислород) или твердом состоянии (углерод).

Показать / Скрыть текст

Неметаллы
Водород H 1
Углерод C 6
Азот N 7
Кислород O 8
Фосфор P 15
Сера S 16
Селен Se 34
Флеровий Fl 114
Унунсептий Uus 117

А теперь закрепите полученные знания, посмотрев видео про таблицу Менделеева и не только.

Отлично, первый шаг на пути к знаниям сделан. Теперь вы более-менее ориентируетесь в таблице Менделеева и это вам очень даже пригодится, ведь Периодическая система Менделеева является фундаментом, на котором стоит эта удивительная наука.

Основные понятия и законы химии

Атомный объем - таблицы электронного справочника по химии, содержащие Атомный объем

Химия – это наука, которая сопутствует нам, где бы мы не находились: дома, в офисе, на природе или в городе. Трудно переоценить ее вклад в нашу жизнь, необходимость понимания и знания основных понятий и законов химии.

Итак, начнем рассказ об основных понятиях и законах химии. Сначала дадим определение науке: Химия — наука о веществах, закономерностях их превращений (физических и химических свойствах) и применении.

Основные понятия химии

У истока основных понятий химии стоит атомно-молекулярное учение, которое дает определение молекулы и атома:

Молекула — это наименьшая частица определенного вещества, которая обладает его химическими свойствами. Состав и химическое строение молекулы определяют ее химические свойства. Все вещества состоят из молекул, а молекулы из атомов.

Атом – это наименьшая частица химического элемента, входящая в состав молекул простых и сложных веществ, это электронейтральная частица, которая состоит из положительно заряженного ядра атома и отрицательно заряженных электронов, вращающихся вокруг ядра.

Молекулы и атомы находятся в постоянном движении.

В настоящее время известно 110 элементов, 89 из которых найдены в природе, остальные получены искусственно (см. Интересные факты о химических элементах). Что же такое Химический элемент? Это такой вид атомов, который имеет определенный заряд ядра и строение электронных оболочек.

Теперь рассмотрим строение атомного ядра и следующее основное понятие химии.

Атомное ядро состоит из  протонов (Z) и  нейтронов (N), имеет положительный заряд, равный по величине количеству протонов (или электронов в нейтральном атоме) и совпадает с порядковым номером элемента в периодической таблице.

Суммарная масса протонов и нейтронов атомного ядра называется массовым числом A = Z + N.

Существуют химические элементы (изотопы), имеющие одинаковый заряд ядер, но при этом различные массовые числами, что достигается за счет разного числа нейтронов в ядре.

Некая совокупность атомов и молекул, их ассоциатов и агрегатов, которые могут находиться в любом из трех агрегатных состояний, образуют вещество.

Простые вещества состоят из атомов одного вида, а сложные вещества (химические соединения)  состоят из атомов разного вида и образуются при химическом взаимодействии атомов разных химических элементов.

Встречается явление, при котором один химический элемент может образовывать нескольких простых веществ, различных по свойствам и строению. Это явление называется Аллотропией.

В 1814 г Й. Берцелиус предложил использовать химическую формулу — запись состава веществ с помощью химических знаков и индексов.

Химическое вещество характеризуется атомной массой, а молекулы — молекулярной массой.

Относительная атомная масса (Ar) – это отношение средней массы атома элемента (с учетом процентного содержания изотопов в природе) к 1/12 массы атома 12C.

Относительная молекулярная масса(Mr) — величина, показывающая, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 массы атома углерода 12C. Относительная молекулярная масса вещества равна  сумме относительных атомных масс всех элементов, составляющих химическое соединение, с учетом индексов.

Моль вещества (n) — это количество вещества, содержащее столько молекул, атомов, ионов, электронов или других структурных единиц, сколько содержится их в 12 г изотопа углерода 12C.

Число структурных единиц, содержащихся в 1 моле вещества равно 6,02 • 1023.Эточисло называется числом Авогадро(NA)

Молярная масса (M) показывает массу 1 моля вещества и  равна отношению массы вещества к соответствующему количеству вещества.

M = m / n

Для более удобного сравнения способности различных элементов к соединению введено понятие химического эквивалента. Это одно из важнейших понятий химии , дадим ему определение:

Химическим эквивалентом вещества называется такое его количество, которое соединяется с 1 молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. Масса 1 эквивалента вещества называется эквивалентной массой(mэкв).

Эквивалентную массу соединения можно определить по его химической формуле, например,

m экв(оксида) = М (оксида)/(число атомов кислорода*2);
m экв(основания) = М (основания)/число гидроксильных групп;
m экв(кислоты) = М кислоты/число протонов;
m экв(соли) = М соли /(число атомов металла*валентность металла).

Аналогично можно дать определение понятию эквивалентный объем.

Эквивалентный объем – это тот объем, который при данных условиях занимает 1 эквивалент вещества. Так как эквивалент водорода равен 1 моль, а в 22,4 л Н2 содержатся 2 эквивалента водорода; тогда эквивалентный объем водорода равен 22,4/2=11,2 л/моль, для О2 эквивалентный объем равен 5,6 л/моль.

Определить эквивалент вещества можно также по его соединению с другим веществом, эквивалент которого известен.

Определить молярную массу эквивалента (эквивалентную массу) можно исходя из закона эквивалентов, который гласит, что химические элементы соединяются между собой или замещают друг друга  в количествах, пропорциональных их молярным массам эквивалентов:

m1/m2=Мэкв1/ Мэкв2, где

где m1 и m2 — массы реагирующих или образующихся веществ, m экв1 и m экв2 — эквивалентные массы этих веществ.

Основные законы химии

Нижеперечисленные законы принято считать основными законами химии.
В 1756 г. М.В. Ломоносов, после длительных испытаний, пришел к важному открытию:  вес всех веществ, вступающих в химическую реакцию, равен весу всех продуктов реакции.

Закон сохранения вещества отражается в  законе сохранения массы, который заключается в следующем: масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе всех продуктов реакции. Вещества не исчезают и не возникают из ничего, а происходит химическое превращение. Закон является основой при составлении химических реакций и количественных расчетов в химии.

В 1808 Ж. Пруст сформулировал Закон постоянства состава, который гласит, что независимо от способа получения все индивидуальные вещества имеют постоянный количественный и качественный состав.

В 1803 г Д.Дальтон открыл Закон кратных отношений, заключающийся в том, что если два химических элемента образуют несколько соединений, то весовые доли одного и того же элемента в этих соединениях, приходящиеся на одну и ту же весовую долю второго элемента, относятся между собой как небольшие целые числа.

В 1808 г Гей-Люссак сформулировал Закон объемных отношений:

«Объемы газов, вступающих в химические реакции, и  объемы газов, являющихся продуктами реакции, соотносятся между собой как небольшие целые числа».

Важную роль в развитии химической науки сыграли газовые законы (справедливы только для газов).

В 1811 г. Авогадро ди Кваренья (Закон Авогадро)  доказал, что- в равных объемах любых газов при постоянных условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул.

В одинаковых условиях одно и то же число молекул занимают равные объемы, а 1 моль любого при T=273°К и p=101,3 кПа газа занимает объем 22,4 л, который называется молярным объемом газа (Vm).

Независимо друг от друг трое ученых вывели следующие законы:

закон Гей-Люссака при P = const:  V1 / T1 = V2 / T2;

закон Бойля-Мариотта при Т= const:P1V1 = P2V2;

закон Шарля при V = const:P1 / T1 = P2 / T2

При объединении этих трех законов получаем: P1V1 / T1 = P2V2 / T2

Если условия отличаются от нормальных, то применяют уравнение Клапейрона – Менделеева:

pV = nRT = (m/M)RT, где

p — давление газа, V — его объем, n — количество молей газа, R — универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль*К).

Количество газа при нормальных условиях рассчитывают по формуле:

n = V/Vm = V/22,4.

Плотность газов при заданных давлении и температуре прямо пропорциональна их молярной массе:

ρ = m/V = pM/(RT) = (p/RT)M.

Относительная плотность газов показывает, во сколько раз один газ тяжелее другого. Плотность газа В по газу А определяется следующим образом:

DA(B) = ρ(В)/ρ(А) = М(В)/М(А).

Это основные законы химии. В заключение приведем Закон парциальных давлений (закон Дальтона).

Парциальное давление в смеси равно тому давлению газа, которым он обладал бы, если бы занимал такой же объем, какой занимает вся смесь при той же температуре.

При условии, что в газовой смеси нет химического взаимодействия, общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений газов, входящих в эту смесь:

pобщ=p1+p2+p3+…+pn

Состав газовых смесей может выражаться количеством вещества (n), массовыми (ωn),  объемными (φn) и молярными (χ) долями:

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.