Общая характеристика металлов главных подгрупп

Обновлено: 04.07.2024

Презентация "Металлы главных подгрупп" предназдначена для проведения теоретического занятия по химии. содержит текст лекции, тест и вопросы для выполнения домашнего задания.

Вложение	Размер
metally_glavnyh_podgrupp.pptx	419.33 КБ

Подтяните оценки и знания с репетитором Учи.ру

За лето ребенок растерял знания и нахватал плохих оценок? Не беда! Опытные педагоги помогут вспомнить забытое и лучше понять школьную программу. Переходите на сайт и записывайтесь на бесплатный вводный урок с репетитором.

Вводный урок бесплатно, онлайн, 30 минут

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Департамента здравоохранения города Москвы “Медицинский колледж №5” (ГБПОУ ДЗМ “МК №5”ОП1) Презентация на тему: «Металлы главных подгрупп » Вид занятия: лекция дисциплина ОУДп.02. ХИМИЯ Специальность34.02.01 Сестринское дело (базовая подготовка) Преподаватель Субботина Е.В. Москва 2020

Изучив эту тему, Вы будете Знать: 1.с троение, свойства, классификацию металлов главных подгрупп 2.способы получения металлов 3. применениещелочных металлов Уметь: 1.соотносить строение веществ, их свойства и применение на примере наиболее часто используемых полимеров. 2.использовать химические знания в повседневной жизни.

Содержание учебного занятия 1.характеристика металлов главных подгрупп 2 .Физические свойства металлов главных подгрупп 3 .химические свойства алюминия 4 .Способы получения 5 .Применение полимеров 6. ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ И СПОСОБЫ ЕЕ УСТРАНЕНИЯ

Характеристика Щелочные металлы — это металлы главной подгруппы I группы. Их атомы на внешнем энергетическом уровне имеют по одному электрону. Щелочные металлы — сильные восстановители. Их восстановительная способность и химическая активность возрастают с увеличением порядкового номера элемента (т. е. сверху вниз в Периодической таблице). Все они обладают электронной проводимостью. Прочность связи между атомами щелочных металлов уменьшается с увеличением порядкового номера элемента. Также снижаются их температуры плавления и кипения. Щелочные металлы взаимодействуют со многими простыми веществами — окислителями.

Щелочноземельными элементами называются элементы главной подгруппы II группы. Атомы этих элементов содержат на внешнем энергетическом уровне по два электрона. Они являются восстановителями, имеют степень окисления +2. В этой главной подгруппе соблюдаются общие закономерности в изменении физических и химических свойств, связанные с увеличением размера атомов по группе сверху вниз, также ослабевает и химическая связь между атомами. С увеличением размера иона ослабевают кислотные и усиливаются основные свойства оксидов и гидроксидов.

Главную подгруппу III группы составляют элементы бор, алюминий, галлий, индий и таллий, элементы относятся к р-элементам. На внешнем энергетическом уровне они имеют по три (s 2 p 1 ) электрона, чем объясняется сходство свойств. Степень окисления +3. Внутри группы с увеличением заряда ядра металлические свойства увеличиваются. Бор — элемент-неметалл, а у алюминия уже металлические свойства. Все элементы образуют оксиды и гидроксиды. кциях с водой они образуют растворимые в воде основания (щелочи).

Физические свойства 1 подгруппа Все металлы этой подгруппы имеют серебристо-белый цвет (кроме серебристо-жёлтого цезия), они очень мягкие, их можно резать скальпелем. Литий, натрий и калий легче воды и плавают на её поверхности, реагируя с ней. Поэтому хранят эти металлы под слоем керосина или парафина. Литий 2 подгруппа Бериллий, магний, кальций, барий и радий - металлы серебристо-белого цвета. Стронций имеет золотистый цвет. Эти металлы легкие, особенно низкие плотности имеют кальций, магний, бериллий. Радий является радиоактивным химическим элементом. Стронций 3 подгруппа Простое вещество алюминий - лёгкий, парамагнитный металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Алюминий обладает высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии за счёт быстрого образования прочных оксидных плёнок, защищающих поверхность от дальнейшего взаимодействия. Алюминий обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью, обладает высокой светоотражательной способностью. По электропроводности занимает 4-е место после Сu , Аg , Аu . Галлий

Химические свойства алюминия Алюминий – химически активный металл, но прочная оксидная пленка определяет его стойкость при обычных условиях. Практически во всех химических реакциях алюминий проявляет восстановительные свойства .

Взаимодействие с неметаллами С кислородом взаимодействует только в мелкораздробленном состоянии при высокой температуре: 4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 , реакция сопровождается большим выделением тепла. Выше 200°С реагирует с серой с образованием сульфида алюминия: 2Al + 3S = Al 2 S 3 . При 500°С – с фосфором, образуя фосфид алюминия: Al + P = AlP. При 800°С реагирует с азотом, а при 2000°С – с углеродом, образуя нитрид и карбид: 2Al + N 2 = 2AlN, 4Al + 3C = Al 4 C 3 . С хлором и бромом взаимодействует при обычных условиях, а с йодом при нагревании, в присутствии воды в качестве катализатора: 2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3 С водородом непосредственно не взаимодействует. С металлами образует сплавы, которые содержат интерметаллические соединения – алюминиды, например, CuAl 2 , CrAl 7 , FeAl 3 и др.

Взаимодействие с водой Очищенный от оксидной пленки алюминий энергично взаимодействует с водой: 2Al + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 + 3H 2 в результате реакции образуется малорастворимый гидроксид алюминия и выделяется водород

Взаимодействие с кислотами Легко взаимодействует с разбавленными кислотами, образуя соли: 2Al + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2 ; 2Al + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 ; 8Al + 30HNO 3 = 8Al(NO 3 ) 3 + 3N 2 O + 15H 2 O (в качестве продукта восстановления азотной кислоты также может быть азот и нитрат аммония). С концентрированной азотной и серной кислотами при комнатной температуре не взаимодействует, при нагревании реагирует с образованием соли и продукта восстановления кислоты: 2Al + 6H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4 ) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O; Al + 6HNO 3 = Al(NO 3 ) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O.

Взаимодействие со щелочами Алюминий – амфотерный металл, он легко реагирует со щелочами: в растворе с образованием тетрагидроксодиакваалюмината натрия: 2Al + 2NaOH + 10H 2 O = 2Na[Al(H 2 O) 2 (OH) 4 ] + 3H 2 при сплавлении с образованием алюминатов: 2Al + 6KOH = 2KAlO 2 + 2K 2 O + 3H 2 .

Восстановление металлов из оксидов и солей Алюминий – активный металл, способен вытеснять металлы из их оксидов. Это свойство алюминия нашло практическое применение в металлургии: 2Al + Cr 2 O 3 = 2Cr + Al 2 O 3 .

Способы получения металлов Получение щелочных металлов 1. Для получения щелочных металлов используют в основном электролиз расплавов их галогенидов , чаще всего — хлоридов, образующих природные минералы: катод: Li + + e → Li анод: 2Cl- — 2e → Cl 2 2. Иногда для получения щелочных металлов проводят электролиз расплавов их гидроксидов : катод: Na + + e → Na анод: 4OH- — 4e → 2H 2 O + O 2 Поскольку щелочные металлы в электрохимическом ряду напряжений находятся левее водорода, то электролитическое получение их из растворов солей невозможно; в этом случае образуются соответствующие щёлочи и водород.

Электролизом расплавов их хлоридов или термическим восстановлением их соединений: MgO + C = Mg + CO Получение щелочноземельных металлов

III группа 1. Электролиз расплава AlCl 3 : 2AlCl 3 = 2Al + 3Cl 2 2. Основной промышленный способ - электролиз расплава Al 2 O 3 ( глинозема) в криолите 3 NaF • AlF 3 : 2Al 2 O 3 = 4AI + 3O 2 3. Вакуумтермический : AlCl 3 + ЗК = Al + 3KCl

1. Щелочные металлы в природе встречаются только в форме соединений. Так как щелочные металлы очень легко и быстро окисляются. Они вступают в реакцию с кислородом, водой. Натрий и калий являются постоянными составными частями многих весьма распространенных силикатов. Из отдельных минералов натрия важнейший–поваренная соль ( NaCl ) –входит в состав морской воды и на отдельных участках земной поверхности образует под слоем наносных пород громадные залежи так называемой каменной соли. В верхних слоях подобных залежей иногда содержатся и скопления солей калия в виде минералов сильвинита ( KCl – NaCl ), карналлита (KCl·MgCl 2 ·6Н 2 О). Для лития известен ряд минералов (например, сподумен – LiAl (SiO 3 ) 2 ), но скопления их редки. Рубидий и цезий встречаются почти исключительно в виде примесей к другим щелочным металлам. Следы франция всегда содержатся в урановых рудах. Нахождение в природе

2. Как и щелочные металлы, магний и щелочноземельные металлы в природе встречаются только в виде соединений. Их природные соединения: CaCO 3 ∙MgCO 3 –доломит; MgCO 3 –магнезит; KCl∙MgCl 2 · 6Н 2 O – карналлит; MgSO 4 ·7Н 2 O – горькая (английская) соль; CaCO 3 - кальцит (известняк, мел, мрамор); СаF 2 – флюорит; Ca 3 (PO 4 ) 2 – фосфорит; BaSO 4 - барит.

Соединения Соединения элементов 1 группы Гидриды. Ме + Н - ( Me = Li , Na , К, Rb , Cs ) Гидриды - сильнейшие восстановители. С водой они реагируют, выделяя водород, например: NaH + H 2 О = NaOH + H 2 Оксиды. Na 2 О + H 2 О = 2NaOH, а п ероксиды выделяют кислород: 2Na 2 О 2 + 2H 2 О = 4NaOH + О 2 ↑ Соли. Na 2 SО 3 + H 2 О-NaHSО 3 + NaOH CH 8 COONa + H 2 O = CH 3 COOH + NaOH Na 2 CО 3 + H 2 О-NaHCО 3 + NaOH

Соединения элементов 2 группы Оксиды металлов II А группы Общая формула МеО 1) Окисление металлов (кроме Ba , который образует пероксид) 2Са + О 2 → 2СаО 2) Термическое разложение нитратов или карбонатов CaCO 3 CaO + CO 2 2Mg(NO 3 ) 2 2MgO + 4NO 2 + O 2

Соединения элементов 3 группы Оксид и гидроксид этого металла являются амфотерными, т.е. проявляют как основные, так и кислотные свойства. Основные свойства: Al 2 O 3 + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2 O 2Al(OH) 3 + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4 ) 3 + 6H 2 O Кислотные свойства: Al 2 O 3 + 6KOH +3H 2 O = 2K 3 [Al(OH) 6 ] 2Al(OH) 3 + 6KOH = K 3 [Al(OH) 6 ] Al 2 O 3 + 2NaOH = 2NaAlO 2 + H 2 O

Жесткость воды и способ ее устранения Природная вода, проходя через известковые горные породы и почвы, обогащается солями кальция и магния (а также железа) и становится жёсткой. В жесткой воде при стирке белья увеличивается расход мыла, а ткань, впитывая соли, становится желтой и быстро ветшает. Накипь – нерастворимые соединения кальция и магния и оксид железами), осаждающиеся на внутренних стенках посуды, паровых котлов и трубопроводов. В жесткой воде дольше варятся овощи, крупы и мясо. Различают временную и постоянную жесткость воды.

Временная жесткость вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов М(НСO 3 ) 2 (М = Са, Mg) и Fe(HCO 3 ) 2 . Если количественно определяют содержание ионов HCO 3 - , говорят о карбонатной жесткости, если содержание ионов Са 2+ , Mg 2+ и Fe 2+ – о кальциевой, магниевой или железной жесткости. Временная жесткость тем выше, чем больше содержание этих ионов в воде. Жесткость воды назвали временной потому, что она устраняется простым кипячением: Са(НСO 3 ) 2 = СаСO 3 v + Н 2 O + СO 2 ^ Mg(HCO 3 ) 2 = Mg(OH) 2 v + 2СO 2 ^ 4Fe(HCO 3 ) 2 + O 2 = 2Fe 2 O 3 v + 8CO 2 ^ + 4H 2 O Постоянная жесткость обусловлена другими солями кальция и магния (сульфаты, хлориды, нитраты, дигидро-ортофосфаты и др.). Такая жесткость не устраняется кипячением воды. Поэтому для удаления из жесткой воды большей части всех солей ее умягчают, используя химические реактивы и специальные (ионообменные) способы. Умягченная вода пригодна для питья и приготовления пищи.

Умягчение воды достигается, если ее обработать различными осадителями – гашеной известью, содой и ортофосфатом натрия: устранение временной жесткости: Са (НСO 3 ) 2 + Са (ОН) 2 = 2СаСO 3 v + 2Н 2 O Mg (HCO 3 ) 2 + Ca (OH) 2 = CaMg (CO 3 ) 2 v + 2Н 2 O 4Fe(HCO 3 ) 2 + 8Са(ОН) 2 + O 2 = 4FeO(OH)v + 8СаСO 3 v + 10Н 2 O устранение постоянной жесткости: Ca (NO 3 ) 2 + Na 2 CO 3 = СаСO 3 v + 2NaNO 3 2MgSO 4 + Н 2 O = Na 2 CO 3 = Mg 2 CO 3 (OH) 2 v + СO 2 ^ + 2Na 2 SO 4 3FeCl 2 + 2Na 3 PO 4 = Fe 3 (PO 4 ) 2 v + 6NaCl В химической лаборатории и в промышленности используется полностью обессоленная вода (для питья она непригодна). Для получения обессоленной воды природную воду подвергают перегонке (дистилляции). Такая дистиллированная вода является мягкой, подобно дождевой воде .

Тест по теме Выбираем один правильный ответ: 1.Все металлы: восстановители; окислители; не изменяют степеней окисления; 2. Самый большой радиус атома имеет металл: литий; мышьяк; уран; 3.Наименьшей электроотрицательностью обладает: дубний; натрий; марганец;

4.Восстановительные свойства наиболее ярко выражены у металла: магния; полония; франция; 5. Самый большой заряд ядра имеет атом металла: индий; лантан; актиний; 6.Во всех металлах вид химической связи: ионная; металлическая; ковалентная;

7.Наиболее пластичным является металл: золото; натрий; ртуть; 8. Наибольшей отражательной способностью обладает: палладий; кальций; хром; 9. Наибольшую электрическую проводимость имеет металл: свинец; медь; марганец;

10. Самый легкий металл: литий; кальций; калий; 11. Самый тяжелый металл: свинец; осмий; вольфрам; 12.Самый твердый металл: хром; полоний; калий;

13.К ферромагнетикам относят: гадолиний; рубидий; барий; 14. К благородным металлам относят: платина; аргон; железо; 15 Натрий взаимодействует с: кислородом, галогенами, водородом; кислородом, инертными газами, водородом; азотом, кислородом, оксидом лития;

16. Натрий взаимодействует с: водой, фенолом, этиловым спиртом; кальцием, хлором, оксидом алюминия; водой, хлором, оксидом углерода;

Критерии оценки: 2 ошибки-оценка 4 3ошибки- оценка 3 4 ошибки и более-оценка 2

Рефлексия что понравилось на уроке? что было непонятно? что было сложным? Сегодня я узнал. Сегодня я понял Сегодня я научился Сегодня я смог Сегодня меня удивило

Домашнее задание Письменно ответьте на вопросы: Что такое коррозия? Какие виды коррозии вы знаете? Чем химическая коррозия отличается от химической? Опишите способы защиты металлов от коррозии? Что такое руды? Что такое металлургия? Что такое пирометаллургия? Пример реакции Что такое гидрометаллургия? Пример реакции Что такое электрометаллургия?

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

ТЕСТ 3.2. (1-16) по теме «Общая характеристика металлов главных подгрупп I-III групп" для 11 кл ЕГЭ

ТЕСТ 3.2. 11 класс ( профиль) подготовка к ЕГЭТема: «Общая характеристика металлов гла.

Урок: Металлы главной подгруппы I группы периодической системы.

Продолжительность занятия: 45 минут.Цель занятия: Изучение физических и химических свойств щелочных металлов, основных способах их получения и областях применения.Методичес.

V группа главная подгруппа. Азот

Данная мультимедийная презентация может быть использована на уроке в 9 классе, при изучении данной темы.

IV группа главная подгруппа. УГЛЕРОД

Данная презентация может быть использована на уроке в 9 классе при изучении данной темы.

Урок - семинар по теме: «Металлы главных подгрупп I–III групп и побочных подгрупп периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева»

В этой работе показана разработка урока – обобщения (урок-семинар) по теме «Металлы».Такая форма организации обобщающего урока способствует развитию познавательного интереса и активизации .

Элементы II группы главной подгруппы. План-конспект урока

Урок химии в 9 классе. Зачет по теме VI-VII группа главная подгруппа

Обобщающий урок после изучения VI-VII Группы главной подгруппы. Позволяет расширить знания обучающихся по темам и получить дополнительные оценки.Способствует сплочению коллектива работа в группах.

Общая характеристика металлов IА–IIIА групп в связи с их положением в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностями строения их атомов

Атомы элементов IА–IIIА групп имеют сходство в строении электронных оболочек и закономерностях изменения свойств, что приводит к некоторому сходству их химических свойств и свойств их соединений.

Металлы IA (первой группы главной подгруппы) также называются «щелочные металлы«. К ним относятся литий, натрий, калий, рубидий, цезий. Франций – радиоактивный элемент, в природе практически не встречается. У всех металлов IA группы на внешнем энергетическом уровне, на s-подуровне в основном состоянии есть один неспаренный электрон:

… ns 1 — электронное строение внешнего энергетического уровня щелочных металлов

Металлы IA группы — s-элементы. В химических реакциях они отдают один валентный электрон, поэтому для них характерна постоянная степень окисления +1.

Рассмотрим характеристики элементов IA группы:

Все щелочные металлы — сильные восстановители. Это самые активные металлы, которые могут непосредственно взаимодействовать с неметаллами. С ростом порядкового номера и уменьшением энергии ионизации металлические свойства элементов усиливаются. Щелочные металлы образуют с кислородом оксиды Э₂О. Оксиды щелочных металлов реагируют с водой с образованием основания (щелочи):

Водородные соединения щелочных металлов — это гидриды с общей формулой ЭН. Степень окисления водорода в гидридах равна -1.

Металлы IIA (второй группы главной подгруппы) — щелочноземельные. Раньше к щелочноземельным металлам относили только кальций, стронций, барий и радий, но по решению ИЮПАК бериллий и магний также называются щелочноземельными.

У щелочноземельных металлов на внешнем энергетическом уровне расположены два электрона. В основном состоянии это два спаренных электрона на s-подуровне:

… ns 2 — электронное строение внешнего энергетического уровня элементов IIA группы

Щелочноземельные металлы — s-элементы. Отдавая два валентных электрона, они проявляют постоянную степень окисления +2. Все элементы подгруппы бериллия — сильные восстановители, но восстановительные свойства выражены слабее, чем у щелочных металлов.

Характеристики элементов IIA группы:

Металлы подгруппы бериллия довольно активны. На воздухе они легко окисляются, образуя основные оксиды с общей формулой ЭО. Этим оксидам соответствуют гидроксиды Э(ОН)₂.

Первый элемент IIA группы, бериллий, по большинству свойств гораздо ближе к алюминию (диагональное сходство). Это проявляется в свойствах бериллия. Например, он не взаимодействует с водой. Магний взаимодействует с водой только при нагревании. Кальций, стронций и барий — это типичные металлы. Они реагируют с водой при обычных условиях.

Элементам IIA группы соответствуют гидриды с общей формулой ЭН₂.

Элементы IIIA (третьей группы главной подгруппы) — это бор, алюминий, галлий, индий, таллий и нихоний. В основном состоянии содержат на внешнем энергетическом уровне три электрона, которые распределены по s- и р-подуровням:

… ns 2 nр 1 — электронное строение внешнего энергетического уровня элементов IIIA группы

Все элементы подгруппы бора относятся к р-элементам. В химических соединениях проявляются степень окисления +3. Хотя для таллия более устойчивая степень окисления +1.

Металлические свойства у элементов подгруппы бора выражены слабее, чем у элементов IIA подгруппы. Элмент бор относится к неметаллам. Энергия ионизации атома у бора наибольшая среди элментов IIIA подгруппы. Алюминий относится к типичным металлам, но оксид и гидроксид алюминия проявляют амфотерные свойства. У таллия более сильно выражены металлические свойства, в степени окисления +1 он близок по свойствам к щелочным металлам. Наибольшее практическое значение среди элементов IIIA подгруппы имеет алюминий.

ВВЕДЕНИЕ В ОБЩУЮ ХИМИЮ

Периодический закон и периодическая система Д. И. Менделеева

почему водород помещают одновременно в первой и в седьмой группах периодической системы;
почему у некоторых элементов (например, Cr и Cu) происходит «провал» внешнего s – электрона на предвнешнюю d – оболочку;
что является основным различием в свойствах элементов главных и побочных подгрупп;
какие электроны являются валентными для элементов главных и побочных подгрупп;
чем обусловлено неравномерное увеличение энергии ионизации при переходе от Li к Ne;
какое основание является более сильным: LiOH или KOH; какая кислота сильнее: HCl или HI.

В результате изучения данной темы вы научитесь:

записывать электронные конфигурации элементов;
устанавливать электронную структуру атома элемента по его положению в соответствующем периоде и подгруппе периодической системы, а значит, и его свойства;
из рассмотрения электронной структуры невозбужденных атомов определять число электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей, а также возможные степени окисления элементов;
сравнивать относительную силу кислот и оснований.

Учебные вопросы:

1. Периодический закон Д.И. Менделеева

Периодический закон – величайшее достижение химической науки, основа всей современной химии. С его открытием химия перестала быть описательной наукой, в ней стало возможным научное предвидение.

Периодический закон открыт Д. И. Менделеевым в 1869 г. Ученый сформулировал этот закон так: «Свойства простых тел, также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов».

Более детальное изучение строения вещества показало, что периодичность свойств элементов обусловлена не атомной массой, а электронным строением атомов.

Заряд ядра является характеристикой, определяющей электронное строение атомов, а следовательно, и свойства элементов. Поэтому в современной формулировке Периодический закон звучит так: свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от порядкового номера (от величины заряда ядра их атомов).

Выражением Периодического закона является периодическая система элементов.

2. Периодическая система Д. И. Менделеева

Периодическая система элементов Д. И. Менделеева состоит из семи периодов, которые представляют собой горизонтальные последовательности элементов, расположенные по возрастанию заряда их атомного ядра. Периоды 1, 2, 3, 4, 5, 6 содержат соответственно 2, 8, 8, 18, 18, 32 элемента. Седьмой период не завершен. Периоды 1, 2 и 3 называют малыми, остальные — большими.

Каждый период (за исключением первого) начинается атомами щелочных металлов (Li, Na, К, Rb, Cs, Fr) и заканчивается благородным газом (Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), которому предшествует типичный неметалл. В периодах слева направо постепенно ослабевают металлические и усиливаются неметаллические свойства, поскольку с ростом положительного заряда ядер атомов возрастает число электронов на внешнем уровне.

В первом периоде, кроме гелия, имеется только один элемент — водород. Его условно размещают в IA или VIIA подгруппе, так как он проявляет сходство и со щелочными металлами, и с галогенами. Сходство водорода со щелочными металлами проявляется в том, что водород, как и щелочные металлы является восстановителем и, отдавая один электрон, образует однозарядный катион. Больше общего у водорода с галогенами: водород, как и галогены неметалл, его молекула двухатомна, он может проявлять окислительные свойства, образуя с активными металлами солеподобные гидриды, например, NaH, CaH₂.

В четвертом периоде вслед за Са расположены 10 переходных элементов (декада Sc — Zn), за которыми находятся остальные 6 основных элементов периода (Ga — Кг). Аналогично построен пятый период. Понятие переходный элемент обычно используется для обозначения любого элемента с валентными d– или f–электронами.

Шестой и седьмой периоды имеют двойные вставки элементов. За элементом Ва расположена вставная декада d–элементов (La — Hg), причем после первого переходного элемента La следуют 14 f–элементов — лантаноидов ( Се — Lu). После Hg располагаются остальные 6 основных р-элементов шестого периода (Тl — Rn).

В седьмом (незавершенном) периоде за Ас следуют 14 f–элементов- актиноидов (Th — Lr). В последнее время La и Ас стали причислять соответственно к лантаноидам и актиноидам. Лантаноиды и актиноиды помещены отдельно внизу таблицы.

Таким образом, каждый элемент в периодической системе занимает строго определенное положение, которое отмечается порядковым, или атомным, номером.

В периодической системе по вертикали расположены восемь групп (I – VIII), которые в свою очередь делятся на подгруппы — главные, или подгруппы А и побочные, или подгруппы Б. Подгруппа VIIIБ-особая, она содержит триады элементов, составляющих семейства железа (Fе, Со, Ni) и платиновых металлов (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt).

Сходство элементов внутри каждой подгруппы — наиболее заметная и важная закономерность в периодической системе. В главных подгруппах сверху вниз усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические. При этом происходит увеличение устойчивости соединений элементов в низшей для данной подгруппы степени окисления. В побочных подгруппах – наоборот – сверху вниз металлические свойства ослабевают и увеличивается устойчивость соединений с высшей степенью окисления.

3. Периодическая система и электронные конфигурации атомов

Поскольку при химических реакциях ядра реагирующих атомов не изменяются, то химические свойства атомов зависят от строения их электронных оболочек.

Заполнение электронных слоев и электронных оболочек атомов происходит в соответствии с принципом Паули и правилом Хунда.

Принцип Паули (запрет Паули)

Два электрона в атоме не могут иметь четыре одинаковых квантовых числа (на каждой атомной орбитали может находиться не более двух электронов).

Принцип Паули определяет максимальное число электронов, обладающих данным главным квантовым числом n (т.е. находящихся на данном электронном слое): N_n = 2n 2 . На первом электронном слое (энергетическом уровне) может быть не больше 2 электронов, на втором – 8, на третьем – 18 и т. д.

В атоме водорода, например, имеется один электрон, который находится на первом энергетическом уровне в 1s – состоянии. Спин этого электрона может быть направлен произвольно (m_s = +1/2 или m_s = –1/2). Следует подчеркнуть еще раз, что первый энергетический уровень состоит из одного подуровня – 1s, второй энергетический уровень – из двух подуровней – 2s и 2р, третий – из трех подуровней – 3s, 3p, 3d и т.д. Подуровень, в свою очередь, содержит орбитали, число которых определяется побочным квантовым числом l и равно (2l + 1). Каждая орбиталь условно обозначается клеткой, находящийся на ней электрон – стрелкой, направление которой указывает на ориентацию спина этого электрона. Значит, состояние электрона в атоме водорода можно представить как 1s 1 или изобразить в виде квантовой ячейки, рис. 1:

Рис. 1. Условное обозначение электрона в атоме водорода на 1s орбитали

Для обоих электронов атома гелия n = 1, l = 0, m_l = 0, m_s = +1/2 и –1/2. Следовательно, электронная формула гелия 1s 2 . Электронная оболочка гелия завершена и очень устойчива. Гелий — благородный газ.

Согласно принципу Паули, на одной орбитали не может быть двух электронов с параллельными спинами. Третий электрон в атоме лития занимает 2s-орбиталь. Электронная конфигурация Li: 1s 2 2s 1 , а у бериллия 1s 2 2s 2 . Поскольку 2s-орбиталь заполнена, то пятый электрон у атома бора занимает 2р-орбиталь. При n = 2 побочное (орбитальное) квантовое число l принимает значения 0 и 1. При l = 0 (2s-состояние) m_l = 0, а при l = 1 (2p – состояние) m_l может быть равным +1; 0; –1. Состоянию 2р соответствуют три энергетические ячейки, рис. 2.

Рис. 2. Расположение электронов атома бора на орбиталях

Для атома азота (электронная конфигурация 1s 2 2s 2 2p 3 два электрона на первом уровне, пять — на втором) возможны два следующих варианта электронного строения, рис. 3:

1s 2p

Рис. 3. Возможные варианты расположения электронов атома азота на орбиталях

В первой схеме, рис. 3а, суммарный спин равен 1/2 (+1/2 –1/2 +1/2), во второй (рис. 3б) суммарный спин равен 3/2 (+1/2 +1/2 +1/2).

Расположение спинов определяется правилом Хунда, которое гласит: заполнение энергетических уровней происходит таким образом, чтобы суммарный спин был максимальным.

Таким образом, из двух приведенных схем строения атома азота устойчивому состоянию (с наименьшей энергией) отвечает первая, где все р-электроны занимают различные орбитали. Орбитали подуровня заполняются так: сначала по одному электрону с одинаковыми спинами, а затем по второму электрону с противоположными спинами.

Начиная с натрия, заполняется третий энергетический уровень с n = 3.

В атоме каждый электрон занимает свободную орбиталь с наиболее низкой энергией, отвечающей его наибольшей связи с ядром. В 1961 г. В.М. Клечковский сформулировал общее положение, согласно которому энергия электронных орбиталей возрастает в порядке увеличения суммы главного и побочного квантовых чисел (n + l), причем в случае равенства этих сумм, меньшей энергией обладает орбиталь с меньшим значением главного квантового числа n .

Последовательность энергетических уровней в порядке возрастания энергии примерно следующая:

Можно представить энергетический ряд орбиталей в виде схемы:

Рассмотрим распределение электронов на орбиталях атомов элементов четвертого периода. Строение атома калия:

+19K 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 1s 2p

Для записи дальнейших электронных формул в статье будем использовать сокращенную форму:

+19K [Ar]4s 1 [Ar] 4s

У кальция 4s-подуровень заполнен:

+20Ca [Ar]4s 2 [Ar] 4s

После калия (электронная конфигурация 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 ) и кальция (электронная конфигурация 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 ) происходит заполнение электронами внутренней 3d-оболочки (переходные элементы Sc — Zn). Следует отметить существование двух аномалий: у атомов Сr и Сu на 4 s -оболочке находятся не два электрона, а один, т.е. происходит так называемый «провал» внешнего 4s-электрона на предшествующую 3d-оболочку. Электронное строение атома хрома можно представить следующим образом (рис. 4).

+24Cr [Ar]3d 5 4s 1 [Ar] 4s

Рис. 4. Распределение электронов по орбиталям для атома хрома

Физическая причина «нарушения» порядка заполнения связана с различной проникающей способностью электронных орбиталей к ядру, особой устойчивостью электронных конфигураций d 5 и d 10 , f 7 и f 14 , отвечающих заполнению электронных орбиталей одним или двумя электронами, а также экранирующим действием внутренних электронных слоев заряда ядра.

Электронные конфигурации атомов Mn, Fe, Co, Ni, Cu и Zn отражены следующими формулами:

₂₅Mn 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2

₂₆Fe 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2

₂₇Co 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 7 4s 2

₂₈Ni 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 8 4s 2

₂₉Cu 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1

₃₀Zn 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2

После цинка, начиная с 31 элемента — галлия вплоть до 36 элемента — криптона продолжается заполнение четвертого слоя (4р – оболочки). Электронные конфигурации этих элементов имеют следующий вид:

₃₁Ga 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 1

₃₂Ge 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 2

₃₃As 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 3

₃₄Se 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 4

₃₅Br 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 5 ,

₃₆Kr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6

Следует отметить, что если не нарушается запрет Паули, в возбужденных состояниях электроны могут располагаться на других орбиталях атомов.

4. Типы химических элементов

Все элементы периодической системы подразделяются на четыре типа:

1. У атомов s–элементов заполняются s–оболочки внешнего слоя (n). К s–элементам относятся водород, гелий и первые два элемента каждого периода.

2. У атомов р–элементов электронами заполняются р–оболочки внешнего уровня (np). К р -элементам относятся последние 6 элементов каждого периода (кроме первого).

3. У d–элементов заполняется электронами d–оболочка второго снаружи уровня (n–1) d . Это элементы вставных декад больших периодов, расположенных между s– и p– элементами.

4. У f–элементов заполняется электронами f–подуровень третьего снаружи уровня (n–2) f . К семейству f–элементов относятся лантаноиды и актиноиды.

Из рассмотрения электронной структуры невозбужденных атомов в зависимости от порядкового номера элемента следует:

Число энергетических уровней (электронных слоев) атома любого элемента равно номеру периода, в котором находится элемент. Значит, s–элементы находятся во всех периодах, р–элементы – во втором и последующих, d–элементы – в четвертом и последующих и f–элементы – в шестом и седьмом периодах.

Номер периода совпадает с главным квантовым числом внешних электронов атома.

s– и p–элементы образуют главные подгруппы, d–элементы – побочные подгруппы, f–элементы образуют семейства лантаноидов и актиноидов. Таким образом, подгруппа включает элементы, атомы которых обычно имеют сходное строение не только внешнего, но и предвнешнего слоя (за исключением элементов, в которых имеет место «провал» электрона).

Номер группы, как правило, указывает число электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей. В этом состоит физический смысл номера группы. У элементов побочных подгрупп валентными являются электроны не только внешних, но и предпоследних оболочек. Это является основным различием в свойствах элементов главных и побочных подгрупп.

Элементы с валентными d– или f–электронами называются переходными.

Номер группы, как правило, равен высшей положительной степени окисления элементов, проявляемой ими в соединениях. Исключением является фтор – его степень окисления равна –1; из элементов VIII группы только для Os, Ru и Xe известна степень окисления +8.

5. Периодичность свойств атомов элементов

Такие характеристики атомов, как их радиус, энергия ионизации, сродство к электрону, электроотрицательность, степень окисления, связаны с электронным строением атома.

Различают радиусы атомов металлов и ковалентные радиусы атомов неметаллов . Радиусы атомов металлов вычисляются на основе межатомных расстояний, которые хорошо известны для большинства металлов на основе экспериментальных данных. При этом радиус атома металла равен половине расстояния между центрами двух соседних атомов. Аналогичным образом вычисляются ковалентные радиусы неметаллов в молекулах и кристаллах простых веществ. Чем больше атомный радиус, тем легче отрываются от ядра внешние электроны (и наоборот). В отличие от атомных радиусов, радиусы ионов – условные величины.

Слева направо в периодах величина атомных радиусов металлов уменьшается, а атомных радиусов неметаллов изменяется сложным образом, так как она зависит от характера химической связи. Во втором периоде, например, радиусы атомов сначала уменьшаются, а затем возрастают, особенно резко при переходе к атому благородного газа.

В главных подгруппах радиусы атомов увеличиваются сверху вниз, так как возрастает число электронных слоев.

Радиус катиона меньше радиуса соответствующего ему атома, причем с увеличением положительного заряда катиона его радиус уменьшается. Наоборот, радиус аниона всегда больше радиуса соответствующего ему атома. Изоэлектронными называют частицы (атомы и ионы), имеющие одинаковое число электронов. В ряду изоэлектронных ионов радиус снижается с уменьшением отрицательного и возрастанием положительного радиуса иона. Такое уменьшение имеет место, например в ряду: O 2– , F – , Na + , Mg 2+ , Al 3+ .

Энергия ионизации – энергия, необходимая для отрыва электрона от атома, находящегося в основном состоянии. Она обычно выражается в электронвольтах (1 эВ = 96,485 кДж/моль). В периоде слева направо энергия ионизации возрастает с увеличением заряда ядра. В главных подгруппах сверху вниз она уменьшается, т. к. увеличивается расстояние электрона до ядра и возрастает экранирующее действие внутренних электронных слоев.

В таблице 1 приведены значения энергий ионизации (энергий отрыва первого, второго и т.д. электронов) для некоторых атомов.

Во втором периоде при переходе от Li к Ne энергия отрыва первого электрона возрастает (см. таблицу 1). Однако, как видно из таблицы, энергия ионизации возрастает неравномерно: у следующих за бериллием и азотом соответственно бора и кислорода наблюдается ее некоторое уменьшение, что обусловлено особенностями электронного строения атомов.

Внешняя s–оболочка бериллия полностью заполнена, поэтому у следующего за ним бора электрон поступает на р-орбиталь. Этот р-электрон менее прочно связан с ядром, чем s–электрон, поэтому отрыв р–электронов требует меньшей затраты энергии.

1. Общая характеристика элементов металлов

Из \(118\) известных на данный момент химических элементов \(96\) образуют простые вещества с металлическими свойствами, поэтому их называют металлическими элементами .

Металлические химические элементы в природе могут встречаться как в виде простых веществ, так и в виде соединений. То, в каком виде встречаются металлические элементы в природе, зависит от химической активности образуемых ими металлов.

Металлические элементы, образующие химически активные металлы ( Li–Mg ), в природе чаще всего встречаются в виде солей (хлоридов, фторидов, сульфатов, фосфатов и других).

Соли, образуемые этими металлами, являются главной составной частью распространённых в земной коре минералов и горных пород.

В растворённом виде соли натрия, кальция и магния содержатся в природных водах. Кроме того, соли активных металлов — важная составная часть живых организмов. Например, фосфат кальция Ca 3 ( P O 4 ) 2 является главной минеральной составной частью костной ткани.

Металлические химические элементы, образующие металлы средней активности ( Al–Pb ), в природе чаще всего встречаются в виде оксидов и сульфидов.

Металлические элементы, образующие химически неактивные металлы ( Cu–Au ), в природе чаще всего встречаются в виде простых веществ.


Рис. \(7\). Самородное золото Au	Рис. \(8\). Самородное серебро Ag	Рис. \(9\). Самородная платина Pt

Исключение составляют медь и ртуть, которые в природе встречаются также в виде химических соединений.

В Периодической системе химических элементов металлы занимают левый нижний угол и находятся в главных (А) и побочных (Б) группах.

Рис. \(13\). Положение металлов в Периодической системе. Знаки металлических химических элементов расположены ниже ломаной линии B — Si — As — Te

В электронной оболочке атомов металлов на внешнем энергетическом уровне, как правило, содержится от \(1\) до \(3\) электронов. Исключение составляют только металлы \(IV\)А, \(V\)А и \(VI\)А группы, у которых на наружном энергетическом уровне находятся соответственно четыре, пять или шесть электронов.

В атомах металлов главных подгрупп валентные электроны располагаются на внешнем энергетическом уровне, а у металлов побочных подгрупп — ещё и на предвнешнем энергетическом уровне.

Радиусы атомов металлов больше, чем у атомов неметаллов того же периода. В силу отдалённости положительно заряженного ядра атомы металлов слабо удерживают свои валентные электроны.

Рис. \(14\). Характер изменения радиусов атомов химических элементов в периодах и в группах. Радиусы атомов металлов существенно больше, чем радиусы атомов неметаллов, находящихся в том же периоде

Главное отличительное свойство металлов — это их сравнительно невысокая электроотрицательность (ЭО) по сравнению с неметаллами.

Рис. \(15\). Величины относительных электроотрицательностей (ОЭО) некоторых химических элементов (по Л. Полингу). ОЭО металлических химических элементов уступает соответствующей величине неметаллических химических элементов

Атомы металлов, вступая в химические реакции, способны только отдавать электроны, то есть окисляться, следовательно, в ходе превращений могут проявлять себя в качестве восстановителей .

ЛЕКЦИЯ №3 "Общая характеристика металлов 1-3 групп"

Элементы содержания, проверяемые заданиями КИМ: А3 «Общая характеристика металлов главных подгрупп I-III групп в связи с их положением в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева и особенностями строения их атомов»

Домашнее задание П 18 до химических свойств, обратите внимание на тип химической связи и вид кристаллической решетки, и физические свойства металлов. ВЫПОЛНИТЬ ТЕСТ 3.2.

План
1.Общая характеристика металлов.
2. Особенности строения металлов главных подгрупп I-III групп.

Вложение	Размер
lek_3_ob_har_me.zip	11.74 КБ

Предварительный просмотр:

ЛЕКЦИЯ №3 по химии для 11 класса (профиль)

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХИМИИ

Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева.

«Общая характеристика металлов главных подгрупп I-III групп в связи с их положением в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева и особенностями строения их атомов»

Элементы содержания, проверяемые заданиями КИМ: А3

1.Общая характеристика металлов.

2. Особенности строения металлов главных подгрупп I-III групп.

Большинство химических элементов относят к металлам — 92 из 114 известных элементов.

Все металлы, кроме ртути , в обычном состоянии твердые вещества и имеют ряд общих свойств.

Общие свойства металлов : Металлы — это ковкие, пластичные, тягучие вещества, имеющие металлический блеск и способны проводить тепло и электрический ток.

Атомы элементов-металлов отдают электроны внешнего (а некоторые — и предвнешнего) электронного слоя, превращаясь в положительные ионы.

Это свойство атомов металлов, определяется тем, что они имеют сравнительно большие радиусы и малое число электронов (в основном от 1 до 3 на внешнем слое).

Исключение составляют лишь 6 металлов: атомы германия, олова, свинца на внешнем слое имеют 4 электрона, атомы сурьмы и висмута — 5, атомы полония — 6.

Для атомов металлов характерны небольшие значения электроотрицательности (от 0,7 до 1,9) и исключительно восстановительные свойства, т. е. способность отдавать электроны.

В Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева металлы находятся ниже диагонали бор — астат, а также выше ее, в побочных подгруппах. В периодах и главных подгруппах действуют закономерности в изменении металлических, а значит, восстановительных свойств атомов элементов . В группах сверху вниз восстановительные свойства усиливаются , так как идет увеличение радиуса атома. В периодах слева направо восстановительные свойства уменьшаются .

Химические элементы, расположенные вблизи диагонали бор — астат (Be, Al, Ti, Ge, Nb, Sb) обладают двойственными свойствами : в одних своих соединениях ведут себя как металлы, в других проявляют свойства неметаллов.

В побочных подгруппах восстановительные свойства металлов с увеличением порядкового номера чаще всего уменьшаются.

Это можно объяснить тем, что на прочность связи валентных электронов с ядром у атомов этих металлов в большей степени влияет величина заряда ядра, а не радиус атома. Величина заряда ядра значительно увеличивается, притяжение электронов к ядру усиливается. Радиус атома при этом хотя и увеличивается, но не столь значительно, как у металлов главных подгрупп.

Простые вещества, образованные химическими элементами — металлами, и сложные металлосодержащие вещества играют важнейшую роль в минеральной и органической «жизни» Земли. Достаточно вспомнить, что атомы (ионы) элементов металлов являются составной частью соединений, определяющих обмен веществ в организме человека, животных. Например, в крови человека найдено 76 элементов, из них только 14 не являются металлами. В организме человека некоторые элементы-металлы (кальций, калий, натрий, магний) присутствуют в большом количестве, т. являются макроэлементами. А такие металлы, как хром, марганец, железо, кобальт, медь, молибден присутствуют в небольших количествах, т. е. это микроэлементы .

2. Особенности строения металлов главных подгрупп I-III групп

Щелочные металлы — это металлы главной подгруппы I группы . Их атомы на внешнем энергетическом уровне имеют по одному электрону . Щелочные металлы — сильные восстановители. Их восстановительная способность и химическая активность возрастают с увеличением порядкового номера элемента (т. е. сверху вниз в Периодической таблице). Все они обладают электронной проводимостью. Прочность связи между атомами щелочных металлов уменьшается с увеличением порядкового номера элемента. Также снижаются их температуры плавления и кипения . Щелочные металлы взаимодействуют со многими простыми веществами — окислителями. В реа Щелочноземельными элементами называются элементы главной подгруппы II группы. Атомы этих элементов содержат на внешнем энергетическом уровне по два электрона. Они являются восстановителями , имеют степень окисления +2 . В этой главной подгруппе соблюдаются общие закономерности в изменении физических и химических свойств, связанные с увеличением размера атомов по группе сверху вниз, также ослабевает и химическая связь между атомами. С увеличением размера иона ослабевают кислотные и усиливаются основные свойства оксидов и гидроксидов.

Главную подгруппу III группы составляют элементы бор, алюминий, галлий, индий и таллий, элементы относятся к р-элементам. На внешнем энергетическом уровне они имеют по три (s 2 p 1 ) электрона, чем объясняется сходство свойств. Степень окисления +3. Внутри группы с увеличением заряда ядра металлические свойства увеличиваются. Бор — элемент-неметалл , а у алюминия уже металлические свойства. Все элементы образуют оксиды и гидроксиды.

Читайте также: