Побочные подгруппы в периодической системе химических элементов

Химические элементы, сгруппированные в периодической системе, делятся на главные и побочные подгруппы. Это разделение очень важно, так как позволяет предсказывать свойства неизученных элементов и их соединений. Давайте разберемся, что такое побочные подгруппы, как их определить и чем они отличаются от главных.

Определение побочных подгрупп

Побочные подгруппы - это элементы, расположенные в четных рядах периодической системы (для I и II групп - в нечетных рядах). В отличие от главных подгрупп, они включают d-элементы, имеющие электроны на внутренних d-орбиталях.

Наиболее ярко отличие побочных подгрупп от главных видно на примере VII и VIII групп. Главные подгруппы этих групп представлены инертными газами, а побочные - переходными металлами.

В побочных подгруппах номер группы не всегда соответствует реальной валентности элементов. Например, медь, серебро и золото из побочной подгруппы IB образуют соединения с валентностью 3. А фтор из побочной подгруппы VIIB проявляет лишь валентность 1.

Сравнение главных и побочных подгрупп

Главные подгруппы образованы типичными, или s-элементами, II и III периодов, у которых валентные электроны располагаются только на внешнем энергетическом уровне. Элементы побочных подгрупп относятся к нетипичным, или d-элементам четных периодов.

Вещества, образуемые элементами главных подгрупп, как правило, проявляют либо ярко выраженные основные, либо кислотные свойства. Элементы побочных подгрупп часто обладают смешанными, амфотерными свойствами.

Для элементов главных подгрупп наблюдается четкая закономерность: валентность по водороду уменьшается слева направо в пределах периода, а валентность по кислороду - увеличивается. В побочных подгруппах подобной закономерности в изменении валентности нет.

Закономерности в побочных подгруппах

Несмотря на отсутствие жестких правил валентности, в побочных подгруппах также прослеживаются определенные закономерности изменения свойств элементов:

• При движении снизу вверх по подгруппе усиливаются металлические свойства элементов.
• Окислительные свойства соединений ослабевают снизу вверх по подгруппе.
• Атомные радиусы элементов увеличиваются при спуске вниз по подгруппе.
• Электроотрицательность падает в направлении сверху вниз.

Например, у ванадия с увеличением степени окисления от +2 до +5 оксиды меняют характер от основного (VO) до кислотного (V2O5). А окислительные свойства перманганата калия Mn(VII) заметно ослабевают в щелочной среде, где марганец восстанавливается до Mn(IV).

Практическое применение элементов побочных подгрупп

Благодаря уникальному сочетанию свойств элементы побочных подгрупп находят широкое применение на практике.

В металлургии их используют для получения сплавов с нужными характеристиками. Например, хром, никель и марганец входят в состав нержавеющей стали.

Соединения марганца применяют в органическом синтезе как окислители. Ванадий используют в качестве катализатора производства серной кислоты.

Полупроводниковые свойства германия позволяют применять его в электронике для изготовления транзисторов и диодов.

В аналитической химии соединения марганца в разных степенях окисления широко используются в методах объемного анализа.

Некоторые элементы побочных подгрупп и их соединения находят применение в медицине. Например, ванадий благодаря совместимости с живыми тканями используется для изготовления имплантатов.

Как определить побочную подгруппу?

Чтобы определить, относится ли элемент к побочной подгруппе, нужно:

1. Найти номер периода элемента в периодической системе.
2. Для элементов II и III периодов проверить четность ряда.
3. Для элементов последующих периодов проанализировать электронную структуру и наличие d-электронов.
4. Сравнить свойства элемента с главной подгруппой того же номера.
5. Проверить соответствие валентности элемента номеру группы.
6. Оценить характер образуемых оксидов и гидроксидов.

Например, марганец Mn относится к VII группе 4 периода, имеет d-электроны, образует амфотерный гидроксид Mn(OH)2. Значит, марганец находится в побочной подгруппе VIIB.

Элементы побочных подгрупп

Рассмотрим некоторые конкретные представители побочных подгрупп подробнее.

Медь, серебро, золото

Эти элементы относятся к побочной подгруппе IB. Они проявляют валентность 3 в соединениях вопреки номеру группы. Образуют оксиды и гидроксиды амфотерного характера. Широко используются в ювелирном деле благодаря красивому внешнему виду.

Хром

Хром относится к побочной подгруппе VIB. Образует соединения в степенях окисления от +2 до +6. Двухвалентный хром проявляет основные свойства, шестивалентный - кислотные. Трихром Cr(III) амфотерен. Хром широко применяют для хромирования стали.

Марганец

Марганец из побочной подгруппы VIIB демонстрирует в соединениях все степени окисления от +2 до +7. Перманганат калия Mn(VII) - сильный окислитель, используемый в химическом анализе. Сульфат марганца(II) применяют как удобрение растений.

Цинк

Цинк относится к побочной подгруппе IIB. Проявляет степень окисления +2. Амфотерен, но с преимущественно основными свойствами. Цинк используют для гальванического покрытия металлов в целях защиты от коррозии.

Интересные факты о побочных подгруппах

Побочные подгруппы удивительны не только своими полезными свойствами, но и некоторыми занимательными фактами.

Ртуть - единственный металл, находящийся в жидком состоянии при комнатной температуре. Это связано с особенностями электронной структуры атома ртути.

Золото известно с древних времен и всегда высоко ценилось за свой красивый желтый цвет. Химически очень стойкий металл, не вступает в реакции с большинством веществ.

В элементарном виде селен существует в нескольких аллотропных модификациях. Одна из них имеет красный цвет и даже называется "красным селеном".