План характеристики химического элемента: пример составления

Химические элементы - фундаментальные объекты, из которых состоят все вещества в природе. Знание свойств элементов позволяет не только объяснять, но и предсказывать поведение образуемых ими соединений. В этой статье рассмотрим, как на основании положения элемента в таблице Менделеева можно составить развернутую характеристику элемента.

Теоретические основы характеристики химического элемента

В 1869 году Д.И. Менделеев сформулировал периодический закон: свойства химических элементов, а также свойства образуемых ими простых и сложных веществ находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов. Этот закон проявляется в Периодической системе химических элементов - таблице, разработанной Менделеевым. В ней элементы расположены по возрастанию заряда ядра атомов, образуя группы столбцов, в которых наблюдается периодическое изменение свойств элементов - отще периодичность.

Как именно связаны строение атома и положение элемента в таблице Менделеева?

• Число энергетических уровней в атоме = номеру периода
• Число валентных электронов = номеру группы для элементов главных подгрупп

Таким образом, зная только положение элемента в таблице, мы можем сказать многое о строении его атома! А учитывая, что именно строение атома определяет свойства элемента и образуемых им соединений, становится понятно, откуда берутся предсказательные возможности периодического закона.

Общая схема характеристики химического элемента

Для характеристики элемента обычно используют следующий план:

1. Положение в Периодической системе и относительная атомная масса
2. Строение атома элемента
3. Степени окисления и электроотрицательность
4. Характеристика простого вещества
5. Характеристика высшего оксида и гидроксида

Давайте рассмотрим, как Д.И. Менделеев использовал этот план для предсказания свойств еще не открытых элементов.

Пример предсказания свойств неизвестных элементов

На момент создания Периодической системы было известно 63 химических элемента. Для элементов, которые должны были в ней присутствовать, чтобы не нарушать периодичность, Менделеев оставлял пустые клетки в таблице.

Например, для элемента под алюминием он предсказал относительную массу около 70 (у цинка 65, у мышьяка 75), летучесть хлорида, плотность 5,9 г/см³. Этот элемент был позже открыт и назван галлием. Оказалось, что все предсказанные Менделеевым свойства подтвердились! Так the периодический закон проявил свою предсказательную силу.

Характеристика металлических элементов

План характеристики химического элемента в первую очередь опирается на знание общих закономерностей и особенностей классов элементов - металлов и неметаллов. Давайте рассмотрим примеры характеристики двух металлических элементов.

План характеристики химического элемента кальция

1. Ca, 20-я группа, 4-й период, относительная атомная масса 40
2. 2 валентных электрона, металл
3. Оксид CaO, основный. Гидроксид Ca(OH)₂, основание

Как видим, уже только положение кальция в Периодической системе позволяет предсказать основные свойства образуемых им соединений.

План характеристики химического элемента натрия

1. Na, 1-я группа, 3-й период, относительная атомная масса 23
2. 1 валентный электрон, самый активный металл
3. Оксид Na₂O, основный. Гидроксид NaOH, щелочь

Другие типичные металлы

Как мы видели на примерах натрия и кальция, металлические элементы образуют основные оксиды и гидроксиды. Это обусловлено небольшим числом валентных электронов и высокой химической активностью металлов.

Другие типичные представители металлов:

• Калий, рубидий, цезий - щелочные металлы 1-й группы
• Магний, кальций, стронций, барий - щелочноземельные металлы 2-й группы

Амфотерные металлы

Однако с увеличением зарядов ядер атомов металлов их свойства постепенно изменяются. Некоторые металлы проявляют двойственный характер - амфотерность. К таким элементам относится, например, план характеристики химического элемента магния.

План характеристики химического элемента серы

Перейдем к характеристике неметаллических элементов на примере серы. В отличие от металлов, неметаллы имеют большое число валентных электронов и проявляют повышенную химическую активность при взаимодействии с металлами.

Итак, сера находится в 16 группе, 3 периоде, имеет 6 валентных электронов. Это типичный неметалл, который образует кислотные оксиды и гидроксиды:

• Оксид SO₃ - кислотный
• Гидроксид H₂SO₄ - серная кислота

Другие типичные неметаллы

Помимо серы, типичными неметаллами являются:

• Кислород, фтор - галогены, образуют кислотные оксиды и гидроксиды
• Азот, фосфор - образуют кислотные оксиды и кислоты

Рассмотрим подробней план характеристики химического элемента фосфора. Он находится в 15 группе, 3 периоде, имеет 5 валентных электронов. Это типичный неметалл, образующий кислотный оксид Р2O5 и соответствующую ему ортофосфорную кислоту Н3РО4.

Элементы с переменной валентностью

Особое место в Периодической системе занимают элементы с переменной валентностью. К ним относятся металлоиды и переходные металлы.

Металлоиды

Металлоиды занимают промежуточное положение между металлами и неметаллами. К ним относятся, например, кремний, мышьяк, сурьма. В зависимости от условий металлоиды могут проявлять как металлические, так и неметаллические свойства.

Переходные металлы

Переходные металлы демонстрируют переменные степени окисления. К ним относятся элементы 3-12 группы, в частности железо, медь, цинк и др. В зависимости от условий переходные металлы могут проявлять как восстановительные, так и окислительные свойства.

Возможности и границы предсказания свойств

Итак, мы видим, что периодический закон и Периодическая система дают мощный инструментарий для предсказания и систематизации свойств химических элементов. Однако этот метод имеет определенные границы.

Для элементов с устойчивой валентностью предсказание обычно довольно надежно. Но при переменной валенстности элемента определить его поведение гораздо сложнее, так как оно может сильно зависеть от различных внешних факторов.

Практическое применение знаний о элементах

Несмотря на некоторую ограниченность теоретических предсказаний, знания о закономерностях элементов имеют большую практическую пользу.

План характеристики химического элемента на практике

На практике план характеристики химического элемента позволяет:

• Объяснить и спрогнозировать свойства конкретных элементов и их соединений
• Подобрать оптимальный элемент для решения задач в прикладной химии
• Спланировать эксперимент по получению и исследованию свойств новых элементов

Даже если реальное поведение элемента несколько отличается от предсказанного, знание общих закономерностей значительно облегчает изучение этого элемента и поиск причин отклонений.

Прогнозирование неизученных элементов

Периодический закон также позволяет делать обоснованные предположения о свойствах пока не открытых сверхтяжелых элементов. Хотя по мере увеличения порядковых номеров предсказания становятся все менее надежными.

Поиск оптимальных элементов для решения задач

Наконец, знания о закономерностях элементов крайне полезны для решения прикладных задач. Они позволяют осознанно подбирать наиболее подходящие элементы и их соединения в зависимости от требований конкретного химического производства или научного исследования.