Какие пары химических элементов сходны по химическим свойствам

Все химические элементы разделяют на металлы и неметаллы в зависимости от строения и свойств их атомов. Также на
металлы и неметаллы классифицируют образуемые элементами простые вещества, исходя из их физических и химических свойств.

В Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева неметаллы расположены по диагонали: бор – астат и над ней в главных подгруппах.

Для атомов металлов характерны сравнительно большие радиусы и небольшое число электронов на внешнем уровне от 1 до 3 (исключение: германий, олово свинец – 4;
сурьма и висмут – 5; полоний – 6 электронов).

Атомам неметаллов, наоборот, свойственны небольшие радиусы атомов и число электронов на внешнем уровне от 4 до 8 (исключение бор, у него таких электронов –
три).

Отсюда стремление атомов металлов к отдаче внешних электронов, т.е. восстановительные свойства, а для атомов неметаллов – стремление к приему недостающих до
устойчивого восьмиэлектронного уровня электронов, т.е. окислительные свойства.

В металлах – металлическая связь и металлическая кристаллическая решетка. В узлах решетки находятся положительно заряженные ионы металлов, связанные
посредством обобществленных внешних электронов, принадлежащих всему кристаллу.

Это обуславливает все важнейшие физические свойства металлов: металлический блеск, электро- и теплопроводность, пластичность (способность изменять форму под
внешним воздействием) и некоторые другие, характерные для этого класса простых веществ.

Металлы I группы главной подгруппы называют щелочными металлами.

Металлы II группы: кальций, стронций, барий – щелочноземельными.

В химических реакциях металлы проявляют только восстановительные свойства, т.е. их атомы отдают электроны, образуя в результате положительные
ионы.

1. Взаимодействуют с неметаллами:

а) кислородом (с образованием оксидов)

Щелочные и щелочноземельные металлы окисляются легко при обычных условиях, поэтому их хранят под слоем вазелинового масла или керосина.

4Li + O2 = 2Li2O

2Ca + O2 = 2CaO

Обратите внимание: при взаимодействии натрия – образуется пероксид, калия – надпероксид

2Na + O2 = Na2O2, К + О2 = КО2

а оксиды получают прокаливанием пероксида с соответствующими металлом:

2Na + Na2O2 = 2Na2O

Железо, цинк, медь и другие менее активные металлы медленно окисляются на воздухе и активно при нагревании.

3Fe + 2O2 = Fe3O4 (смесь двух оксидов: FeO и Fe2O3)

2Zn + O2 = 2ZnO

2Cu + O2 = 2CuO

Золото и платиновые металлы не окисляются кислородом воздуха ни при каких условиях.

б) водородом (с образованием гидридов)

2Na + H2 = 2NaH

Ca + H2 = CaH2

в) хлором (с образованием хлоридов)

2K + Cl2 = 2KCl

Mg + Cl2 = MgCl2

2Al + 3Cl2 =2AlCl3

Обратите внимание: при взаимодействии железа образуется хлорид железа (III):

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

г) серой (с образованием сульфидов)

2Na + S = Na2S

Hg + S = HgS

2Al + 3S = Al2S3

Обратите внимание: при взаимодействии железа образуется сульфид железа (II):

Fe + S = FeS

д) азотом (с образованием нитридов)

6K + N2 = 2K3N

3Mg + N2 = Mg3N2

2Al + N2 = 2AlN

2. Взаимодействуют со сложными веществами:

Необходимо помнить, что по восстановительной способности металлы расположены в ряд, который называют электрохимическим рядом напряжений или активности
металлов (вытеснительный ряд Бекетова Н.Н.):

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, (H2), Cu, Hg, Ag, Au, Pt

а) водой

Металлы, расположенные в ряду до магния, при обычных условиях вытесняют водород из воды, образуя растворимые основания – щелочи.

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑

Ba + H2O = Ba(OH) 2 + H2↑

Магний взаимодействует с водой при кипячении.

Mg + 2H2O = Mg(OH) 2 + H2↑

Алюминий при удалении оксидной пленки бурно реагирует с водой.

2Al + 6H2O = 2Al(OH) 3 + 3H2↑

Остальные металлы, стоящие в ряду до водорода, при определенных условиях тоже могут вступать в реакцию с водой с выделением водорода и образованием
оксидов.

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2↑

б) растворами кислот

(Кроме концентрированной серной кислоты и азотной кислоты любой концентрации. См. раздел «Окислительно-восстановительные реакции».)

Обратите внимание: не используют для проведения реакций нерастворимую кремниевую кислоту

Металлы, стоящие в ряду до магния и активно реагирующие с водой, не используют для проведения таких реакций.

Металлы, стоящие в ряду от магния до водорода, вытесняют водород из кислот.

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2↑

Обратите внимание: образуются соли двухвалентного железа.

Fe + H2SO4(разб.) = FeSO4 + H2↑

Образование нерастворимой соли препятствует протеканию реакции. Например, свинец практически не реагирует с раствором серной кислоты из-за образования на
поверхности нерастворимого сульфата свинца.

Металлы, стоящие в ряду после водорода, НЕ вытесняют водород.

в) растворами солей

Для остальных металлов выполняется правило:

Каждый металл вытесняет из растворов солей другие металлы, расположенные в ряду правее него, и сам может быть вытеснен металлами, расположенными левее
него.

Cu + HgCl2 = Hg + CuCl2

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

Как и в случае с растворами кислот, образование нерастворимой соли препятствует протеканию реакции.

г) растворами щелочей

Взаимодействуют металлы, гидроксиды которых амфотерны.

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2 [Zn(OH) 4] + H2↑

2Al + 2KOH + 6H2O = 2K[Al(OH) 4] + 3H2↑

д) с органическими веществами

Щелочные металлы со спиртами и фенолом.

2C2H5OH + 2Na = 2C2H5ONa + H2↑

2C6H5OH + 2Na = 2C6H5ONa + H2↑

Металлы участвуют в реакциях с галогеналканами, которые используют для получения низших циклоалканов и для синтезов, в ходе которых происходит усложнение
углеродного скелета молекулы (реакция А.Вюрца):

CH2Cl-CH2-CH2Cl + Zn = C3H6(циклопропан) + ZnCl2

2CH2Cl + 2Na = C2H6(этан) + 2NaCl

В простых веществах атомы неметаллов связаны ковалентной неполярной связью. При этом образуются одинарные (в молекулах H2, F2,
Cl2, Br2, I2), двойные (в молекулах О2), тройные (в молекулах N2) ковалентные связи.

1. молекулярное

При обычных условиях большинство таких веществ представляют собой газы (Н2, N2, O2, O3, F2,
Cl2) или твердые вещества (I2, P4, S8) и лишь единственный бром (Br2) является жидкостью. Все эти вещества молекулярного строения, поэтому
летучи. В твердом состоянии они легкоплавки из-за слабого межмолекулярного взаимодействия, удерживающего их молекулы в кристалле, и способны к возгонке.

2. атомное

Эти вещества образованы кристаллами, в узлах которых находятся атомы: (Bn, Сn, Sin, Gen, Sen, Ten). Из-за большой прочности ковалентных связей они, как правило, имеют высокую твердость, и любые изменения, связанные с разрушением
ковалентной связи в их кристаллах (плавление, испарение), совершаются с большой затратой энергии. Многие такие вещества имеют высокие температуры плавления и кипения, а летучесть их весьма
мала.

Многие элементы – неметаллы образуют несколько простых веществ – аллотропных модификаций. Аллотропия может быть связана с разным составом молекул: кислород
О2 и озон О3 и с разным строением кристаллов: аллотропными модификациями углерода являются графит, алмаз, карбин, фуллерен. Элементы – неметаллы, имеющие аллотропные
модификации: углерод, кремний, фосфор, мышьяк, кислород, сера, селен, теллур.

У атомов неметаллов преобладают окислительные свойства, то есть способность присоединять электроны. Эту способность характеризует значение
электроотрицательности. В ряду неметаллов

At, B, Te, H, As, I, Si, P, Se, C, S, Br, Cl, N, O, F

электроотрицательность возрастает и усиливаются окислительные свойства.

Отсюда следует, что для простых веществ – неметаллов будут характерны как окислительные, так и восстановительные свойства, за исключением фтора – самого
сильного окислителя.

1. Окислительные свойства

а) в реакциях с металлами (металлы всегда восстановители)

2Na + S = Na2S (сульфид натрия)

3Mg + N2 = Mg3N2 (нитрид магния)

б) в реакциях с неметаллами, расположенными левее данного, то есть с меньшим значением электроотрицательности. Например, при взаимодействии фосфора и серы
окислителем будет сера, так как фосфор имеет меньшее значение электроотрицательности:

2P + 5S = P2S5 (сульфид фосфора V)

Большинство неметаллов будут окислителями в реакциях с водородом:

H2 + S = H2S

H2 + Cl2 = 2HCl

3H2 + N2 = 2NH3

в) в реакциях с некоторыми сложными веществами

Окислитель – кислород, реакции горения

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

2SO2 + O2 = 2SO3

Окислитель – хлор

2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3

2KI + Cl2 = 2KCl + I2

CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl

Ch2=CH2 + Br2 = CH2Br-CH2Br

2. Восстановительные свойства

а) в реакциях с фтором

S + 3F2 = SF6

H2 + F2 = 2HF

Si + 2F2 = SiF4

б) в реакциях с кислородом (кроме фтора)

S + O2 = SO2

N2 + O2 = 2NO

4P + 5O2 = 2P2O5

C + O2 = CO2

в) в реакциях со сложными веществами – окислителями

H2 + CuO = Cu + H2O

6P + 5KClO3 = 5KCl + 3P2O5

C + 4HNO3 = CO2 + 4NO2 + 2H2O

H2C=O + H2 = CH3OH

3. Реакции диспропорционирования: один и тот же неметалл является и окислителем и восстановителем

Cl2 + H2O = HCl + HClO

3Cl2 + 6KOH = 5KCl + KClO3 + 3H2O

Источник

Каждый элемент имеет свое строго уникальное строение, в соответствии с которым он и занимает свое постоянное, четко определенное место в периодической системе.

При рассмотрении периодической таблицы элементов, зная химические и физические свойства каждого элемента, можно сделать выводы о закономерностях изменения этих свойств.

Повторение свойств элементов

С увеличением атомной массы происходит периодическое повторение свойств элементов.

Так, одиннадцатый элемент ряда – натрий – имеет общие свойства с третьим химическим элементом – литием. В рамках ряда от лития до фтора металлические свойства соединений постепенно уменьшаются и при этом возрастают неметаллические свойства. И действительно, после активного щелочного металлического элемента лития четвертым размещен тоже металлический элемент бериллий, но уже с амфотерными свойствами соединений. Пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый элементы – неметаллические. Активность простых веществ и соединений этих элементов с увеличением порядкового номера возрастает и достигает максимума у фтора.

Причиной периодической повторяемости свойств химических элементов и образованных ими соединений является образование у элементов одинакового строения внешнего энергетического уровня (для элементов главных подгрупп) и предпоследнего энергетического уровня (для элементов побочных подгрупп).

Закономерности изменений свойств

Таким образом, рассмотрев свойства каждого из соединений и их изменения в группах и периодах можно составить определенные закономерности.

В рамках одного периода с увеличением порядковых номеров элементов (при движении вниз по периоду) прослеживаются закономерные изменения, характерные для всей таблицы.

При движении вниз по периоду металлические и основные свойства у простых веществ ослабляются, а неметаллические и кислотные – усиливаются.

Кроме размещения в горизонтальных рядах — периодах, элементы входят в состав вертикальных столбиков — групп. Рассмотренные свойства природных семей щелочных элементов, галогенов и инертных элементов дают возможность сделать вывод, что наиболее активные металлы размещены в группе под номером 1, то есть в начале периодов, а самые активные неметаллы — в группе под номером 7, то есть в конце периодов.

Инертным элементом 18 группы заканчивается каждый период.

Если провести воображаемую линию через элементы алюминий, германий, олово, стибий, свинец, полоний, которая разделит периодическую систему на две не равных части, то верхняя правая часть будет содержать неметаллы, нижняя левая — металлы, а элементы, образующие линию разделения, — это металлы с амфотерными свойствами оксидов и гидроксидов.

Зависимость от строения электронных оболочек атомов

На основе современной теории строения атома ученые объясняют, что характер химических свойств и его изменение в периодах находятся в зависимости от изменения строения электронных оболочек атомов. Чтобы понять, какие различия в строении электронных оболочек вызывают ослабление металлических и усиление неметаллических свойств, сравним электронные формулы атомов пары элементов — алюминия и фосфора.

Как видим, количество энергетических уровней у атомов алюминия и фосфора одинаково — их 3. Однако у каждого из них разное число электронов на внешнем (крайнем) энергетическом уровне, которое с увеличением порядкового номера элемента (13 у алюминия и 15 у фосфора) растет. Делаем вывод, что причиной ослабления металлических и усиления неметаллических свойств элементов одного периода является рост числа электронов на внешнем энергетическом уровне.

Итак, в зависимости от собственно строения атома элемента и, соответственно, в какой части периодической системы размещен этот элемент, его соединения проявляют или основные, или кислотные, или амфотерные химические свойства.

Рассмотренные зависимости еще раз подтверждают универсальный характер периодического закона и доказывают, что он является фундаментальным законом природы.

Источник

1. Как называл Д. И. Менделеев естественную классификацию химических элементов?

Он назвал её периодической системой химических элементов.

2. Назовите основные структурные единицы периодической системы элементов.

Основные структурные единицы периодической системы химических элементов — периоды (горизонтальные ряды) и группы (вертикальные ряды). В периодах слева направо увеличиваются неметаллические свойства, уменьшаются — металлические.

3. Что такое период? Что общего у больших и малых периодов и чем они различаются? Какие свойства химических элементов закономерно изменяются в периоде?

Период — горизонтальный ряд химическиъ элементов, расположенных в порядке возрастания их относительных атомных масс, начинающийся щелочным металлом и заканчивающийся благородным газом.

Общее у больших и малых периодов то, что они начинаются щелочным металлом (исключение — первый период) и заканчиваются благородным газом. Различное то, что в малых периодах находится менее 8 элементов, в больших — более 18 элементов.

В периодах закономерно изменяются металлические и неметаллические свойства химических элементов.

4. Дайте определение понятия «группа». Укажите различия между группами А и В.

Группа — вертикальный ряд химических элементов в периодической системе, атомы которых обладают сходными свойствами.

Различие между группами A и B заключается в том, что в группы A могут входить как металлы, так и неметаллы, а в группы B — только металлы.

5. Простое вещество какого химического элемента из каждой пары имеет более ярко выраженные металлические свойства: а) K или Ca, б) Mg или Al; в) Cs или Pb?

6. Простое вещество какого химического элемента из каждой пары имеет более ярко выраженные неметаллические свойства: а) S или Cl; б) C или N; в) Se или Br?

7. Разделите указанные элементы на металлы и неметаллы, укажите их положение в периодической системе (группа, период, атомный номер): кислород, натрий, серебро, неон, ртуть, бром, золото, ксенон, хром.

Элемент	Металл или неметалл	Группа	Период	Атомный номер
кислород	неметалл	VIA	2	9
натрий	металл	IA	3	11
серебро	металл	IB	5	47
неон	неметалл	VIIIA	2	10
ртуть	металл	IIB	6	80
бром	неметалл	VIIA	4	35
золото	металл	IB	6	79
ксенон	неметалл	VIIIB	5	54
хром	металл	VIB	4	24

8. Заполните таблицу в тетради:

Символ элемента	Атомный номер	Относительная атомная масса	Номер и тип группы	Номер периода	Формула высшего оксида	Формула гидроксида
Ca	20	40	IIA	4	CaO	Ca(OH)2
Al	13	24	IIIA	3	Al2O3	Al(OH)3
Se	34	79	VIA	4	SeO3	H2SeO4
N	7	14	VA	2	N2O5	HNO3
K	19	39	IA	4	K2O	KOH
As	33	75	VA	4	As2O5	HAsO3

9. Готовимся к олимпиадам. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

а) Mg→MgCl2→Mg(OH)2→MgSO4→MgCO3→MgO:mathrm{Mg → MgCl_2 → Mg(OH)_2 → MgSO_4 → MgCO_3 → MgO:}Mg→MgCl2→Mg(OH)2→MgSO4→MgCO3→MgO:

Mg+Cl2=MgCl2;mathrm{Mg + Cl_2 = MgCl_2;}Mg+Cl2=MgCl2;

MgCl2+2KOH=Mg(OH)2↓+2KCl;mathrm{MgCl_2+2KOH=Mg(OH)_2↓+2KCl;}MgCl2+2KOH=Mg(OH)2↓+2KCl;

Mg(OH)2+H2SO4=MgSO4+2H2O;mathrm{Mg(OH)_2+H_2SO_4=MgSO_4+2H_2O;}Mg(OH)2+H2SO4=MgSO4+2H2O;

MgSO4+Na2CO3=MgCO3↓+Na2SO4;mathrm{MgSO_4+Na_2CO_3=MgCO_3↓+Na_2SO_4;}MgSO4+Na2CO3=MgCO3↓+Na2SO4;

MgCO3=MgO+CO2↑;mathrm{MgCO_3=MgO+CO_2↑;}MgCO3=MgO+CO2↑;

б) S→SO2→CaSO3→H2SO3→SO2→Na2SO3:mathrm{S → SO_2 → CaSO_3 → H_2SO_3 → SO_2 → Na_2SO_3:}S→SO2→CaSO3→H2SO3→SO2→Na2SO3:

S+O2=SO2;mathrm{S+O_2=SO_2;}S+O2=SO2;

SO2+CaO=CaSO3;mathrm{SO_2+CaO=CaSO_3;}SO2+CaO=CaSO3;

CaSO3+2HCl=CaCl2+H2O;mathrm{CaSO_3+2HCl=CaCl_2+H_2O;}CaSO3+2HCl=CaCl2+H2O;

H2SO3=SO2+H2O;mathrm{H_2SO_3=SO_2+H_2O;}H2SO3=SO2+H2O;

SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O.mathrm{SO_2+2NaOH=Na_2SO_3+H_2O.}SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O.

Источник