Елементи от 4-та група на периодичната система на Менделеев. Периодична група

Периодичната система е подреден набор от химични елементи, тяхната естествена класификация, която е графичен (табличен) израз на периодичния закон на химичните елементи. Неговата структура, в много отношения подобна на съвременната, е разработена от Д. И. Менделеев въз основа на периодичния закон през 1869–1871 г.

Прототипът на периодичната система е „Опитът на система от елементи, основана на тяхното атомно тегло и химическо сходство“, съставен от Д. И. Менделеев на 1 март 1869 г. В продължение на две години и половина ученият непрекъснато подобрява „Опитът на Системата“, въведе концепцията за групи, серии и периоди от елементи. В резултат на това структурата на периодичната система придоби в много отношения съвременни очертания.

Важно за нейната еволюция беше концепцията за мястото на елемента в системата, определено от номерата на групата и периода. Въз основа на тази концепция Менделеев стига до извода, че е необходимо да се променят атомните маси на някои елементи: уран, индий, церий и неговите спътници. Това е първото практическо приложение на периодичната система. Менделеев беше и първият, който предсказа съществуването и свойствата на няколко неизвестни елемента. Ученият описва подробно най-важните свойства на екаалуминия (бъдещия галий), екабора (скандия) и екасилиция (германия). Освен това той прогнозира съществуването на аналози на манган (бъдещи технеций и рений), телур (полоний), йод (астат), цезий (франций), барий (радий), тантал (протактиний). Предсказанията на учения по отношение на тези елементи са от общ характер, тъй като тези елементи се намират в малко проучени области на периодичната система.

Първите версии на периодичната система в много отношения представляват само емпирично обобщение. В крайна сметка физическият смисъл на периодичния закон не беше ясен, нямаше обяснение на причините за периодичната промяна на свойствата на елементите в зависимост от увеличаването на атомните маси. В резултат на това много проблеми останаха нерешени. Има ли граници на периодичната система? Възможно ли е да се определи точният брой на съществуващите елементи? Структурата на шестия период остана неясна - какво е точното количество редкоземни елементи? Не беше известно дали все още има елементи между водорода и лития, каква е структурата на първия период. Следователно, чак до физическото обосноваване на периодичния закон и развитието на теорията на периодичната система, са възниквали сериозни трудности повече от веднъж. Неочаквано е откритието през 1894-1898 г. пет инертни газа, които сякаш нямаха място в периодичната таблица. Тази трудност беше елиминирана благодарение на идеята за включване на независима нулева група в структурата на периодичната система. Масово откриване на радиоелементи в началото на 19-ти и 20-ти век. (до 1910 г. броят им е около 40) доведе до остро противоречие между необходимостта от поставянето им в периодичната система и съществуващата й структура. За тях в шестия и седмия период имаше само 7 свободни места. Този проблем беше решен в резултат на установяването на правилата за смяна и откриването на изотопи.

Една от основните причини за невъзможността да се обясни физическият смисъл на периодичния закон и структурата на периодичната система беше, че не беше известно как е устроен атомът (виж Атом). Най-важният крайъгълен камък в развитието на периодичната система е създаването на атомния модел от Е. Ръдърфорд (1911). Въз основа на това холандският учен А. Ван ден Брук (1913) предполага, че поредният номер на елемент в периодичната система е числено равен на заряда на ядрото на неговия атом (Z). Това е експериментално потвърдено от английския учен Г. Моузли (1913 г.). Периодичният закон получи физическа обосновка: периодичността на промените в свойствата на елементите започна да се разглежда в зависимост от Z - заряда на ядрото на атом на елемент, а не от атомната маса (вижте Периодичния закон на химичните елементи) .

В резултат на това структурата на периодичната система е значително укрепена. Определена е долната граница на системата. Това е водородът, елементът с минимално Z = 1. Стана възможно точно да се оцени броят на елементите между водорода и урана. Бяха идентифицирани „пропуски“ в периодичната система, съответстващи на неизвестни елементи с Z = 43, 61, 72, 75, 85, 87. Въпросите за точния брой на редкоземните елементи обаче останаха неясни и, най-важното, причините за не са разкрити периодичните промени в свойствата на елементите в зависимост от Z.

Въз основа на установената структура на периодичната система и резултатите от изследването на атомните спектри, датският учен Н. Бор през 1918–1921 г. развива идеи за последователността на изграждане на електронни обвивки и подобвивки в атомите. Ученият стигнал до извода, че подобни видове електронни конфигурации на външните обвивки на атомите периодично се повтарят. По този начин беше показано, че периодичността на промените в свойствата на химичните елементи се обяснява с наличието на периодичност в изграждането на електронни обвивки и подобвивки на атомите.

Периодичната система обхваща повече от 100 елемента. От тях всички трансуранови елементи (Z = 93–110), както и елементи с Z = 43 (технеций), 61 (прометий), 85 (астат), 87 (франций) са получени изкуствено. През цялата история на съществуването на периодичната система са предложени много голям брой (> 500) нейни графични изображения, главно под формата на таблици, както и под формата на различни геометрични фигури (пространствени и равнинни) , аналитични криви (спирали и др.) и др. Най-разпространени са късите, полудълги, дълги и стълбовидни форми на таблици. В момента се предпочита кратката форма.

Основният принцип за изграждане на периодичната система е нейното разделяне на групи и периоди. Концепцията на Менделеев за редове от елементи в момента не се използва, тъй като е лишена от физическо значение. Групите от своя страна се подразделят на главна (а) и вторична (б) подгрупи. Всяка подгрупа съдържа елементи - химични аналози. Елементите на a- и b-подгрупите в повечето групи също показват известно сходство помежду си, главно в по-високи степени на окисление, които като правило са равни на номера на групата. Периодът е набор от елементи, който започва с алкален метал и завършва с инертен газ (специален случай е първият период). Всеки период съдържа строго определен брой елементи. Периодичната система се състои от осем групи и седем периода, като седмият период все още не е завършен.

Особеност първипериод се крие във факта, че съдържа само 2 газообразни елемента в свободна форма: водород и хелий. Мястото на водорода в системата е двусмислено. Тъй като проявява общи свойства с алкалните метали и халогените, той се поставя или в 1а- или Vlla-подгрупа, или и в двете едновременно, затваряйки символа в скоби в една от подгрупите. Хелият е първият представител на VIIIa‑подгрупа. Дълго време хелият и всички инертни газове бяха разделени в независима нулева група. Тази разпоредба изискваше преразглеждане след синтеза на химични съединения на криптон, ксенон и радон. В резултат на това инертните газове и елементите от предишната група VIII (желязо, кобалт, никел и платинени метали) бяха комбинирани в една група.

Второпериод съдържа 8 елемента. Започва с алкалния метал литий, чиято единствена степен на окисление е +1. Следва берилий (метал, степен на окисление +2). Борът вече проявява слабо изразен метален характер и е неметал (степен на окисление +3). Освен бора, въглеродът е типичен неметал, който проявява както +4, така и -4 степени на окисление. Азотът, кислородът, флуорът и неонът са неметали, като азотът има най-висока степен на окисление +5, съответстваща на номера на групата. Кислородът и флуорът са сред най-активните неметали. Инертният газ неон допълва периода.

третопериод (натрий - аргон) също съдържа 8 елемента. Характерът на изменението на техните свойства е до голяма степен подобен на наблюдавания при елементите от втория период. Но има и своя специфика. И така, магнезият, за разлика от берилия, е по-метален, както и алуминият в сравнение с бора. Силицият, фосфорът, сярата, хлорът, аргонът са типични неметали. И всички те, с изключение на аргона, показват най-високи степени на окисление, равни на номера на групата.

Както виждаме, и в двата периода с нарастване на Z се наблюдава отчетливо отслабване на металните и засилване на неметалните свойства на елементите. Д. И. Менделеев нарече елементите на втория и третия период (по думите му малки) типични. Елементите на малките периоди са сред най-често срещаните в природата. Въглеродът, азотът и кислородът (заедно с водорода) са органогени, т.е. основните елементи на органичната материя.

Всички елементи от първи-трети периоди са поставени в а-подгрупи.

Четвъртопериод (калий - криптон) съдържа 18 елемента. Според Менделеев това е първият голям период. След алкалния метал калий и алкалоземния метал калций следва поредица от елементи, състоящи се от 10 т. нар. преходни метали (скандий - цинк). Всички те са включени в b-подгрупи. Повечето преходни метали показват по-високи степени на окисление, равни на номера на групата, с изключение на желязото, кобалта и никела. Елементите от галий до криптон принадлежат към а-подгрупите. За криптона са известни редица химични съединения.

Петопериод (рубидий - ксенон) по своята конструкция е подобен на четвъртия. Съдържа и вложка от 10 преходни метала (итрий - кадмий). Елементите на този период имат свои собствени характеристики. В триадата рутений - родий - паладий са известни съединения за рутений, където той показва степен на окисление +8. Всички елементи от a-подгрупите показват най-високи степени на окисление, равни на номера на групата. Характеристиките на промяната на свойствата на елементите от четвъртия и петия период с нарастване на Z са по-сложни в сравнение с втория и третия период.

Шестопериод (цезий - радон) включва 32 елемента. В този период, освен 10 преходни метала (лантан, хафний - живак), има и набор от 14 лантанида - от церий до лутеций. Елементите от церий до лутеций са химически много сходни и поради тази причина отдавна са включени в семейството на редкоземните елементи. В кратката форма на периодичната система серията лантаниди е включена в клетката на лантана и декодирането на тази серия е дадено в долната част на таблицата (вижте Лантаниди).

Каква е спецификата на елементите на шестия период? В триадата осмий - иридий - платина степента на окисление +8 е известна за осмий. Астатът има доста ясно изразен метален характер. Радонът е най-реактивоспособният от всички инертни газове. За съжаление, поради факта, че е силно радиоактивен, химията му е малко проучена (вижте Радиоактивни елементи).

Седмопериодът започва с Франция. Подобно на шестия, той също трябва да съдържа 32 елемента, но досега са известни 24. Франций и радий, съответно, са елементи от подгрупи Ia и IIa, актиний принадлежи към подгрупа IIIb. Следва семейството на актинидите, което включва елементи от торий до лауренций и е подредено подобно на лантанидите. Декодирането на този ред от елементи също е дадено в долната част на таблицата.

Сега нека видим как се променят свойствата на химичните елементи подгрупипериодична система. Основният модел на тази промяна е укрепването на металната природа на елементите с увеличаване на Z. Този модел е особено изразен в IIIa–VIIa подгрупи. За металите от Ia–IIIa-подгрупи се наблюдава повишаване на химичната активност. При елементите от IVa–VIIa-подгрупи с увеличаване на Z се наблюдава отслабване на химичната активност на елементите. За елементи от b-подгрупи естеството на промяната в химическата активност е по-сложно.

Теорията на периодичната система е разработена от Н. Бор и други учени през 20-те години на миналия век. 20-ти век и се основава на реална схема за образуване на електронни конфигурации на атомите (виж Атом). Според тази теория, с увеличаването на Z, запълването на електронни обвивки и подобвивки в атомите на елементите, включени в периодите на периодичната система, се извършва в следната последователност:

Цифри на периода
1	2	3	4	5	6	7
1s	2s2p	3s3p	4s3d4p	5s4d5p	6s4f5d6p	7s5f6d7p

Въз основа на теорията на периодичната система може да се даде следната дефиниция на период: периодът е колекция от елементи, която започва с елемент със стойност n, равна на номера на периода и l = 0 (s-елементи) и завършва с елемент със същата стойност на n и l = 1 (p- елементи) (виж Атом). Изключение прави първият период, който съдържа само 1s елементи. От теорията на периодичната система следват числата на елементите в периодите: 2, 8, 8, 18, 18, 32 ...

В таблицата символите на елементи от всеки тип (s-, p-, d- и f-елементи) са показани на определен цветен фон: s-елементи - на червено, p-елементи - на оранжево, d-елементи - на синьо, f-елементи - на зелено. Всяка клетка съдържа серийните номера и атомните маси на елементите, както и електронните конфигурации на външните електронни обвивки.

От теорията на периодичната система следва, че към a-подгрупите принадлежат елементите с n, равно на номера на периода и l = 0 и 1. B-подгрупите включват онези елементи, в чиито атоми обвивките, които преди това са останали незавършени, са завършени . Ето защо първият, вторият и третият период не съдържат елементи от b‑подгрупи.

Структурата на периодичната система от елементи е тясно свързана със структурата на атомите на химичните елементи. С нарастването на Z подобни типове конфигурация на външните електронни обвивки периодично се повтарят. Именно те определят основните характеристики на химичното поведение на елементите. Тези особености се проявяват по различен начин за елементите от a-подгрупите (s- и p-елементи), за елементите от b-подгрупите (преходни d-елементи) и елементите от f-семействата - лантаниди и актиниди. Специален случай представляват елементите от първия период - водород и хелий. Водородът е силно реактивен, защото неговият единствен 1s електрон лесно се отделя. В същото време конфигурацията на хелия (1s 2) е много стабилна, което го прави химически неактивен.

За елементи от a-подгрупи външните електронни обвивки на атомите са запълнени (с n равно на номера на периода), така че свойствата на тези елементи се променят забележимо с увеличаване на Z. Така във втория период литият (конфигурация 2s) е активен метал, който лесно губи един валентен електрон; берилият (2s 2) също е метал, но по-малко активен поради факта, че неговите външни електрони са по-здраво свързани с ядрото. Освен това борът (2s 2 p) има слабо изразен метален характер и всички следващи елементи от втория период, в който се образува 2p подобвивката, вече са неметали. Осемелектронната конфигурация на външната електронна обвивка на неона (2s 2 p 6) - инертен газ - е много силна.

Химичните свойства на елементите от втория период се обясняват с желанието на техните атоми да придобият електронната конфигурация на най-близкия инертен газ (хелийната конфигурация за елементи от литий до въглерод или неонова конфигурация за елементи от въглерод до флуор). Ето защо, например, кислородът не може да прояви по-висока степен на окисление, равна на номера на групата: в края на краищата за него е по-лесно да постигне неонова конфигурация чрез придобиване на допълнителни електрони. Същият характер на промяната на свойствата се проявява в елементите на третия период и в s- и p-елементите на всички следващи периоди. В същото време отслабването на силата на връзката между външните електрони и ядрото в a-подгрупи с увеличаване на Z се проявява в свойствата на съответните елементи. И така, за s-елементите има забележимо увеличение на химическата активност с увеличаване на Z, а за p-елементите - увеличаване на металните свойства.

В атомите на преходните d-елементи незавършените преди това обвивки се допълват със стойността на основното квантово число n, едно по-малко от номера на периода. С някои изключения, конфигурацията на външните електронни обвивки на атомите на преходния елемент е ns 2 . Следователно всички d-елементи са метали и затова промените в свойствата на d-елементите с увеличаване на Z не са толкова резки, както се наблюдава при s- и p-елементите. В по-високи степени на окисление d-елементите показват известно сходство с p-елементите от съответните групи на периодичната система.

Характеристиките на свойствата на елементите на триадите (VIIIb-подгрупа) се обясняват с факта, че b-подчерупките са близо до завършване. Ето защо желязото, кобалтът, никелът и платиновите метали като правило не са склонни да дават съединения с по-високи степени на окисление. Единствените изключения са рутеният и осмият, които дават оксидите RuO 4 и OsO 4 . За елементи от Ib- и IIb-подгрупи, d-подобвивката всъщност се оказва пълна. Следователно, те показват степени на окисление, равни на номера на групата.

В атомите на лантанидите и актинидите (всички те са метали) завършването на преди това непълни електронни обвивки става със стойността на основното квантово число n с две единици по-малко от номера на периода. В атомите на тези елементи конфигурацията на външната електронна обвивка (ns 2) остава непроменена, а третата външна N обвивка е изпълнена с 4f електрони. Ето защо лантанидите са толкова сходни.

При актинидите ситуацията е по-сложна. В атоми на елементи с Z = 90–95 електроните 6d и 5f могат да участват в химични взаимодействия. Следователно актинидите имат много повече степени на окисление. Например за нептуний, плутоний и америций са известни съединения, при които тези елементи действат в седемвалентно състояние. Само елементите, започващи от кюрий (Z = 96), стават стабилни в тривалентно състояние, но и тук има някои особености. По този начин свойствата на актинидите се различават значително от тези на лантанидите и следователно двете семейства не могат да се считат за подобни.

Семейството на актинидите завършва с елемент с Z = 103 (лауренций). Оценката на химичните свойства на курчатовия (Z = 104) и нилсбория (Z = 105) показва, че тези елементи трябва да бъдат аналози съответно на хафний и тантал. Следователно учените смятат, че след семейството на актинидите в атомите започва систематичното запълване на 6d подобвивката. Химическата природа на елементите с Z = 106–110 не е експериментално оценена.

Крайният брой елементи, които обхваща периодичната система, е неизвестен. Проблемът с горната му граница е може би основната загадка на периодичната система. Най-тежкият елемент в природата е плутоний (Z = 94). Достигнатата граница на изкуствения ядрен синтез е елемент с атомен номер 110. Остава въпросът дали ще могат да се получат елементи с по-високи атомни номера, кои и колко? Все още не може да се отговори със сигурност.

Използвайки най-сложните изчисления, извършени на електронни компютри, учените се опитаха да определят структурата на атомите и да оценят най-важните свойства на "суперелементите", до огромни серийни номера (Z = 172 и дори Z = 184). Получените резултати бяха доста неочаквани. Например в атом на елемент с Z = 121 се очаква появата на 8p електрон; това е след завършване на образуването на подобвивката 8s в атомите с Z = 119 и 120. Но появата на p-електрони след s-електрони се наблюдава само в атоми на елементи от втория и третия период. Изчисленията показват също, че в елементите на хипотетичния осми период запълването на електронните обвивки и подобвивки на атомите става в много сложна и особена последователност. Следователно да се оценят свойствата на съответните елементи е много труден проблем. Изглежда, че осмият период трябва да съдържа 50 елемента (Z = 119–168), но според изчисленията той трябва да завърши на елемента с Z = 164, т.е. 4 поредни номера по-рано. А "екзотичният" девети период, оказва се, трябва да се състои от 8 елемента. Ето неговия "електронен" рекорд: 9s 2 8p 4 9p 2. С други думи, той ще съдържа само 8 елемента, като втория и третия период.

Трудно е да се каже колко верни биха били изчисленията, направени с помощта на компютър. Въпреки това, ако те бъдат потвърдени, тогава ще бъде необходимо сериозно да се преразгледат моделите, лежащи в основата на периодичната система от елементи и нейната структура.

Периодичната система е играла и продължава да играе огромна роля в развитието на различни области на естествените науки. Това беше най-важното постижение на атомната и молекулярната наука, допринесе за появата на съвременната концепция за "химичен елемент" и усъвършенстването на понятията за прости вещества и съединения.

Законите, разкрити от периодичната система, оказаха значително влияние върху развитието на теорията за структурата на атомите, откриването на изотопите и появата на идеи за ядрената периодичност. С периодичната система е свързана строго научна постановка на проблема с прогнозирането в химията. Това се проявява в предсказването на съществуването и свойствата на неизвестни елементи и нови характеристики на химическото поведение на вече открити елементи. Сега периодичната система е в основата на химията, предимно неорганичната, значително помага за решаването на проблема с химическия синтез на вещества с предварително определени свойства, разработването на нови полупроводникови материали, избора на специфични катализатори за различни химични процеси и т.н. И накрая, периодичната система е в основата на обучението по химия.

Металните свойства се подобряват, неметалните се намаляват. Външният слой има 4 електрона.

Химични свойства(на база въглерод)

Взаимодействат с метали:

4Al + 3C \u003d Al 4 C 3 (реакцията протича при висока температура)

Взаимодействат с неметали:

2H 2 + C \u003d CH 4

Взаимодействат с вода:

C + H 2 O \u003d CO + H 2

2Fe 2 O 3 + 3C \u003d 3CO 2 + 4Fe

Реагират с киселини

3C + 4HNO 3 \u003d 3CO 2 + 4NO + 2H 2 O

въглерод. Характеристики на въглерода, въз основа на позицията му в периодичната система, алотропия на въглерода, адсорбция, разпространение в природата, получаване, свойства. Най-важните въглеродни съединения

Въглеродът съществува в много алотропни модификации с много разнообразни физични свойства. Разнообразието от модификации се дължи на способността на въглерода да образува различни видове химични връзки.

Естественият въглерод се състои от два стабилни изотопа - 12C (98,93%) и 13C (1,07%) и един радиоактивен изотоп 14C (β-излъчвател, T½ = 5730 години), концентриран в атмосферата и горната част на земната кора.

Основните и добре проучени алотропни модификации на въглерода са диамант и графит. При нормални условия само графитът е термодинамично стабилен, докато диамантът и други форми са метастабилни. Течният въглерод съществува само при определено външно налягане.

При налягане над 60 GPa се предполага образуването на много плътна модификация на C III (плътността е с 15-20% по-висока от плътността на диаманта), която има метална проводимост.

Кристалната модификация на въглерода на хексагоналната сингония с верижна структура от молекули се нарича карбин. Известни са няколко форми на карбин, които се различават по броя на атомите в единичната клетка.

Карабинът е черен финозърнест прах (плътност 1,9-2 g/cm³) с полупроводникови свойства. Получава се при изкуствени условия от дълги вериги от въглеродни атоми, подредени успоредно един на друг.

Карбинът е линеен полимер от въглерод. В молекулата на карбина въглеродните атоми са свързани във вериги последователно чрез тройни и единични връзки (полиенова структура) или постоянно чрез двойни връзки (поликумуленова структура). Карбинът има полупроводникови свойства и под въздействието на светлината неговата проводимост се увеличава значително. Първото практическо приложение се основава на това свойство – във фотоклетките.

Когато въглеродът реагира със сяра, се получава въглероден дисулфид CS2; CS и C3S2 също са известни.

При повечето метали въглеродът образува карбиди, например:

Реакцията на въглерод с водна пара е важна в промишлеността:

При нагряване въглеродът редуцира металните оксиди до метали. Това свойство се използва широко в металургичната промишленост.

Графитът се използва в производството на моливи, но се смесва с глина, за да се намали мекотата му. Диамантът, поради изключителната си твърдост, е незаменим абразивен материал. Във фармакологията и медицината се използват широко различни въглеродни съединения - производни на въглеродна киселина и карбоксилни киселини, различни хетероцикли, полимери и други съединения. Въглеродът играе огромна роля в човешкия живот. Приложенията му са толкова разнообразни, колкото и самият многостранен елемент. По-специално, въглеродът е неразделна част от стоманата (до 2,14% тегл.) и чугуна (повече от 2,14% тегл.)

Въглеродът е част от атмосферните аерозоли, в резултат на което регионалният климат може да се промени и броят на слънчевите дни може да намалее. Въглеродът навлиза в околната среда под формата на сажди в състава на отработените газове на превозните средства, когато въглищата се изгарят в топлоелектрически централи, по време на открит добив на въглища, подземната му газификация, производството на въглищни концентрати и др. Концентрацията на въглерод над източниците на горене е 100-400 µg/m³, в големите градове 2,4-15,9 µg/m³, в селските райони 0,5-0,8 µg/m³. С газови и аерозолни емисии от АЕЦ в атмосферата постъпва (6-15) · 109 Bq/ден 14СО2.

Високото съдържание на въглерод в атмосферните аерозоли води до увеличаване на заболеваемостта на населението, особено на горните дихателни пътища и белите дробове. Професионалните заболявания са предимно антракоза и прахов бронхит. Във въздуха на работната зона ПДК, mg/m³: диамант 8,0, антрацит и кокс 6,0, въглища 10,0, сажди и въглероден прах 4,0; в атмосферния въздух, максималното еднократно 0,15, средното дневно 0,05 mg / m³.

Съществени връзки. Въглероден оксид (II) (въглероден оксид) CO При нормални условия той е газ без цвят, мирис и вкус. Отровността се обяснява с факта, че лесно се свързва с кръвния хемоглобин.

Въглероден окис (IV) CO2. При нормални условия - безцветен газ с леко кисел мирис и вкус, един път и половина по-тежък от въздуха, не гори и не поддържа горене.
Въглена киселина H2CO3. Слаба киселина. Молекулите на въглеродната киселина съществуват само в разтвор.

Фосген COCl2. Безцветен газ с характерна миризма tкип = 8оС, tтопи = -118оС. Много отровен. Слабо разтворим във вода. Реактивен. Използва се в органичния синтез.

Периодичната система на химичните елементи е класификация на химичните елементи, създадена от Д. И. Менделеев въз основа на открития от него през 1869 г. периодичен закон.

Д. И. Менделеев

Според съвременната формулировка на този закон, в непрекъсната поредица от елементи, подредени във възходящ ред на положителния заряд на ядрата на техните атоми, елементи с подобни свойства периодично се повтарят.

Периодичната система от химични елементи, представена под формата на таблица, се състои от периоди, серии и групи.

В началото на всеки период (с изключение на първия) има елемент с изразени метални свойства (алкален метал).

Символи за цветната таблица: 1 - химичен знак на елемента; 2 - име; 3 - атомна маса (атомно тегло); 4 - сериен номер; 5 - разпределение на електроните по слоевете.

С увеличаване на поредния номер на елемента, равен на стойността на положителния заряд на ядрото на неговия атом, металните свойства постепенно отслабват и се увеличават неметалните. Предпоследният елемент във всеки период е елемент с изразени неметални свойства (), а последният е инертен газ. В I период има 2 елемента, във II и III - по 8 елемента, в IV и V - по 18 елемента, в VI - 32 и в VII (незавършен период) - 17 елемента.

Първите три периода се наричат малки периоди, всеки от тях се състои от един хоризонтален ред; останалите - в големи периоди, всеки от които (с изключение на VII период) се състои от два хоризонтални реда - четен (горен) и нечетен (долен). В четните редове с големи периоди има само метали. Свойствата на елементите в тези редове се променят леко с увеличаване на серийния номер. Свойствата на елементите в нечетни серии от големи периоди се променят. В период VI лантанът е последван от 14 елемента, които са много сходни по химични свойства. Тези елементи, наречени лантаниди, са изброени отделно под основната таблица. Актинидите, елементите след актиния, са представени по подобен начин в таблицата.

Таблицата има девет вертикални групи. Номерът на групата, с редки изключения, е равен на най-високата положителна валентност на елементите от тази група. Всяка група, с изключение на нула и осма, е разделена на подгрупи. - основен (разположен вдясно) и страничен. В основните подгрупи, с увеличаване на серийния номер, металните свойства на елементите се подобряват и неметалните свойства на елементите се отслабват.

По този начин химичните и редица физични свойства на елементите се определят от мястото, което даден елемент заема в периодичната система.

Биогенните елементи, т.е. елементите, които изграждат организмите и изпълняват определена биологична роля в тях, заемат горната част на периодичната таблица. Клетките, заети от елементите, които съставляват по-голямата част (повече от 99%) от живата материя, са оцветени в синьо, клетките, заети от микроелементи, са оцветени в розово (виж).

Периодичната система на химичните елементи е най-голямото постижение на съвременното естествознание и ярък израз на най-общите диалектически закони на природата.

Вижте също, Атомно тегло.

Периодичната система на химичните елементи е естествена класификация на химичните елементи, създадена от Д. И. Менделеев въз основа на открития от него през 1869 г. периодичен закон.

В първоначалната формулировка периодичният закон на Д. И. Менделеев гласи: свойствата на химичните елементи, както и формите и свойствата на техните съединения са в периодична зависимост от големината на атомните тегла на елементите. По-късно, с развитието на учението за структурата на атома, беше показано, че по-точна характеристика на всеки елемент не е атомното тегло (виж), а стойността на положителния заряд на ядрото на атома на елемент, равен на поредния (атомен) номер на този елемент в периодичната система на Д. И. Менделеев. Броят на положителните заряди в ядрото на атома е равен на броя на електроните, обграждащи ядрото на атома, тъй като атомите като цяло са електрически неутрални. В светлината на тези данни периодичният закон се формулира по следния начин: свойствата на химичните елементи, както и формите и свойствата на техните съединения, са в периодична зависимост от положителния заряд на ядрата на техните атоми. Това означава, че в непрекъсната поредица от елементи, подредени във възходящ ред на положителните заряди на ядрата на техните атоми, периодично ще се повтарят елементи с подобни свойства.

Табличната форма на периодичната система на химичните елементи е представена в съвременния й вид. Състои се от периоди, серии и групи. Периодът представлява последователен хоризонтален ред от елементи, подредени във възходящ ред на положителния заряд на ядрата на техните атоми.

В началото на всеки период (с изключение на първия) има елемент с изразени метални свойства (алкален метал). След това, с увеличаване на серийния номер, металните свойства на елементите постепенно отслабват и неметалните свойства на елементите се увеличават. Предпоследният елемент във всеки период е елемент с изразени неметални свойства (халоген), а последният е инертен газ. Период I се състои от два елемента, ролята на алкален метал и халоген се изпълнява едновременно от водород. II и III периоди включват по 8 елемента, наречени Менделеев тип. IV и V периоди имат по 18 елемента, VI-32. VII период все още не е завършен и се допълва с изкуствено създадени елементи; в момента има 17 елемента в този период. I, II и III периоди се наричат малки, всеки от тях се състои от един хоризонтален ред, IV-VII - големи: те (с изключение на VII) включват два хоризонтални реда - четен (горен) и нечетен (долен). В четните редове с големи периоди се срещат само метали, а промяната в свойствата на елементите в реда отляво надясно е слабо изразена.

В нечетни серии от големи периоди свойствата на елементите в серията се променят по същия начин, както свойствата на типичните елементи. В четен брой на периода VI след лантана следват 14 елемента [наречени лантаниди (виж), лантаниди, редкоземни елементи], подобни по химични свойства на лантана и един на друг. Техният списък е даден отделно под таблицата.

Отделно елементите след актиниевите актиниди (актиноиди) са изписани и дадени под таблицата.

В периодичната таблица на химичните елементи има девет вертикални групи. Номерът на групата е равен на най-високата положителна валентност (виж) на елементите от тази група. Изключенията са флуор (случва се само отрицателно едновалентен) и бром (не се случва седемвалентен); в допълнение, медта, среброто, златото могат да проявяват валентност, по-голяма от +1 (Cu-1 и 2, Ag и Au-1 и 3), а от елементите от група VIII само осмий и рутений имат валентност +8 . Всяка група, с изключение на осма и нула, е разделена на две подгрупи: основна (разположена вдясно) и вторична. Основните подгрупи включват типични елементи и елементи с големи периоди, вторичните - само елементи с големи периоди и освен това метали.

По отношение на химичните свойства елементите на всяка подгрупа от тази група се различават значително един от друг и само най-високата положителна валентност е еднаква за всички елементи от тази група. В основните подгрупи отгоре надолу металните свойства на елементите се увеличават, а неметалните отслабват (например франций е елемент с най-изразени метални свойства, а флуорът е неметален). По този начин мястото на даден елемент в периодичната система на Менделеев (сериен номер) определя неговите свойства, които са средната стойност на свойствата на съседните елементи вертикално и хоризонтално.

Някои групи от елементи имат специални имена. И така, елементите от основните подгрупи на група I се наричат алкални метали, група II - алкалоземни метали, група VII - халогени, елементи, разположени зад урана - трансуран. Елементите, които са част от организмите, участват в метаболитните процеси и имат изразена биологична роля, се наричат биогенни елементи. Всички те заемат горната част на таблицата на Д. И. Менделеев. Това е преди всичко O, C, H, N, Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg и Fe, които съставляват по-голямата част от живата материя (повече от 99%). Местата, заемани от тези елементи в периодичната таблица, са оцветени в светло синьо. Биогенните елементи, които са много малко в тялото (от 10 -3 до 10 -14%), се наричат микроелементи (виж). В клетките на периодичната система, оцветени в жълто, са поставени микроелементи, чиято жизнена важност за човека е доказана.

Според теорията за структурата на атомите (виж Атом), химичните свойства на елементите зависят главно от броя на електроните във външната електронна обвивка. Периодичната промяна в свойствата на елементите с увеличаване на положителния заряд на атомните ядра се обяснява с периодичното повторение на структурата на външната електронна обвивка (енергийно ниво) на атомите.

В малки периоди, с увеличаване на положителния заряд на ядрото, броят на електроните във външната обвивка нараства от 1 на 2 в период I и от 1 на 8 в периоди II и III. Оттук и промяната в свойствата на елементите в периода от алкален метал до инертен газ. Външната електронна обвивка, съдържаща 8 електрона, е пълна и енергийно стабилна (елементите от нулевата група са химически инертни).

В големи периоди в равни редове, с увеличаване на положителния заряд на ядрата, броят на електроните във външната обвивка остава постоянен (1 или 2) и втората външна обвивка се запълва с електрони. Оттук и бавната промяна на свойствата на елементите в четните редове. В нечетни серии от дълги периоди, с увеличаване на заряда на ядрата, външната обвивка се запълва с електрони (от 1 до 8) и свойствата на елементите се променят по същия начин, както при типичните елементи.

Броят на електронните обвивки в атома е равен на номера на периода. Атомите на елементите от главните подгрупи имат брой електрони на външните си обвивки, равен на номера на групата. Атомите на елементите от вторичните подгрупи съдържат един или два електрона на външните обвивки. Това обяснява разликата в свойствата на елементите на главните и вторичните подгрупи. Номерът на групата показва възможния брой електрони, които могат да участват в образуването на химични (валентни) връзки (виж Молекула), следователно такива електрони се наричат валентни. За елементи от вторични подгрупи валентни са не само електроните на външните обвивки, но и предпоследните. Броят и структурата на електронните обвивки са посочени в приложената периодична таблица на химичните елементи.

Периодичният закон на Д. И. Менделеев и системата, основана на него, са от изключително голямо значение в науката и практиката. Периодичният закон и системата бяха в основата на откриването на нови химични елементи, точното определяне на техните атомни тегла, развитието на теорията за структурата на атомите, установяването на геохимични закони за разпределението на елементите в земната кора и развитието на съвременните представи за живата материя, чийто състав и свързаните с нея закони са в съответствие с периодичната система. Биологичната активност на елементите и съдържанието им в организма също до голяма степен се определят от мястото, което заемат в периодичната система на Менделеев. Така че, с увеличаване на серийния номер в редица групи, токсичността на елементите се увеличава и съдържанието им в тялото намалява. Периодичният закон е ярък израз на най-общите диалектически закони на развитието на природата.

Обща характеристика на елементите от група IV, основната подгрупа на периодичната система на Д. И. Менделеев

Елементите на основната подгрупа на група IV включват въглерод, силиций, германий, калай, олово. Металните свойства се подобряват, неметалните се намаляват. Външният слой има 4 електрона.

Химични свойства(на база въглерод)

взаимодействат с метали

4Al + 3C \u003d Al 4 C 3 (реакцията протича при висока температура)

взаимодействат с неметали

2H 2 + C \u003d CH 4

взаимодействат с кислорода

・Взаимодействие с вода

C + H 2 O \u003d CO + H 2

взаимодействат с оксиди

2Fe 2 O 3 + 3C \u003d 3CO 2 + 4Fe

Реагират с киселини

3C + 4HNO 3 \u003d 3CO 2 + 4NO + 2H 2 O

Въглеродът (химически символ - C, лат. Carboneum) е химичен елемент от четиринадесетата група (според остарялата класификация - основната подгрупа на четвъртата група), 2-ри период от периодичната система на химичните елементи. сериен номер 6, атомна маса - 12.0107. Въглеродът съществува в много алотропни модификации с много разнообразни физични свойства. Разнообразието от модификации се дължи на способността на въглерода да образува различни видове химични връзки.

Кристалната модификация на въглерода на хексагоналната сингония с верижна структура от молекули обикновено се нарича карбин. Известни са няколко форми на карбин, които се различават по броя на атомите в единичната клетка.

Карбинът е линеен полимер от въглерод. В молекулата на карбина въглеродните атоми са свързани във вериги последователно чрез тройни и единични връзки (полиенова структура) или постоянни двойни връзки (поликумуленова структура). Карбинът има полупроводникови свойства и под въздействието на светлината неговата проводимост се увеличава значително. Първото практическо приложение се основава на това свойство – във фотоклетките.

Графенът е двуизмерна алотропна модификация на въглерода, образувана от слой въглеродни атоми с дебелина един атом, свързани чрез sp² връзки в хексагонална двуизмерна кристална решетка.

При обикновени температури въглеродът е химически инертен, при достатъчно високи температури той се свързва с много елементи и проявява силни редуциращи свойства. Химическата активност на различните форми на въглерод намалява в следния ред: аморфен въглерод, графит, диамант, във въздуха те се запалват при температури над 300-500 °C, 600-700 °C и 850-1000 °C, съответно.

Продуктите на изгаряне на въглерода са CO и CO2 (съответно въглероден оксид и въглероден диоксид). Известен е също нестабилният въглероден субоксид C3O2 (точка на топене -111 ° C, точка на кипене 7 ° C) и някои други оксиди (например C12O9, C5O2, C12O12). Графитът и аморфният въглерод започват да реагират с водород при температура 1200 °C, с флуор при 900 °C.

Въглеродният диоксид реагира с водата, образувайки слаба въглена киселина - H2CO3, която образува соли - карбонати. На Земята най-разпространените карбонати са калцият (минерални форми - креда, мрамор, калцит, варовик и др.) и магнезият (минерална форма доломит).

Графит с халогени, алкални метали и др.
Хостван на ref.rf
вещества образува съединения на включване. При преминаване на електрически разряд между въглеродни електроди в азотна атмосфера се образува циан. Циановодородната киселина се получава чрез взаимодействие на въглерод със смес от H2 и N2 при високи температури:

Когато въглеродът реагира със сяра, се получава въглероден дисулфид CS2; CS и C3S2 също са известни. При повечето метали въглеродът образува карбиди, например:

Реакцията на въглерод с водна пара е важна в промишлеността:

Графитът се използва в производството на моливи, но се смесва с глина, за да се намали мекотата му. Диамантът, поради изключителната си твърдост, е незаменим абразивен материал. Във фармакологията и медицината се използват широко различни въглеродни съединения - производни на въглеродна киселина и карбоксилни киселини, различни хетероцикли, полимери и други съединения. Въглеродът играе огромна роля в човешкия живот. Приложенията му са толкова разнообразни, колкото и самият даден многостранен елемент. По-специално, въглеродът е неразделна част от стоманата (до 2,14% тегл.) и чугуна (повече от 2,14% тегл.)

Въглеродът е част от атмосферните аерозоли, които могат да променят регионалния климат и да намалят броя на слънчевите дни. Въглеродът навлиза в околната среда под формата на сажди като част от отработените газове на моторните превозни средства при изгаряне на въглища в топлоелектрически централи, в открити въглищни мини, подземна газификация, производство на въглищни концентрати и др.
Хостван на ref.rf
Концентрацията на въглерод над източниците на горене е 100-400 µg/m³, в големите градове 2,4-15,9 µg/m³, в селските райони 0,5-0,8 µg/m³. С газови и аерозолни емисии от АЕЦ в атмосферата постъпва (6-15)·109 Bq/ден 14СО2.

Високото съдържание на въглерод в атмосферните аерозоли води до повишаване на заболеваемостта на населението, особено на горните дихателни пътища и белите дробове. Професионалните заболявания са предимно антракоза и прахов бронхит. Във въздуха на работната зона ПДК, mg/m³: диамант 8,0, антрацит и кокс 6,0, въглища 10,0, сажди и въглероден прах 4,0; в атмосферния въздух, максималното еднократно 0,15, средното дневно 0,05 mg / m³.

Най-важните връзки. Въглероден оксид (II) (въглероден оксид) CO При нормални условия той е газ без цвят, мирис и вкус. Токсичността се обяснява с факта, че лесно се свързва с кръвния хемоглобин въглероден окис (IV) CO2. При нормални условия - безцветен газ с леко кисел мирис и вкус, един път и половина по-тежък от въздуха, не гори и не поддържа горене. Въглена киселина H2CO3. Слаба киселина. Молекулите на въглеродната киселина съществуват само в разтвор. Фосген COCl2. Безцветен газ с характерна миризма tbp=8oC, tm=-118oC. Много отровен. Слабо разтворим във вода. Реактивен. Използва се в органичния синтез.

Обща характеристика на елементите от група IV, основната подгрупа на периодичната система на Д. И. Менделеев - концепцията и видовете. Класификация и характеристики на категорията "Обща характеристика на елементите от IV група, основната подгрупа на периодичната система на Д. И. Менделеев" 2017, 2018.

- Френска готическа скулптура. XIII-XIV век

В Сен Дени е положено началото на френската готическа скулптура. Трите портала на западната фасада на известната църква бяха изпълнени със скулптурни изображения, в които за първи път се прояви желанието за строго обмислена иконографска програма, възникна желание ... .

- ТЕМА НА ЛЕКЦИЯТА: ГРАДОУСТРОЙСТВОТО В ИТАЛИЯ, ФРАНЦИЯ, ГЕРМАНИЯ, АНГЛИЯ ПРЕЗ X – XIV ВЕК.

През ранното Средновековие нови градове практически не са построени. Постоянните войни наложиха изграждането на укрепени селища, особено в граничните райони. Манастирите са били център на ранносредновековната материална и духовна култура. Те строяха...

- Облекло в готическия период XII-XIV

ПРОСТРАНСТВО-ПЛАНИРОВЪЧНИ РЕШЕНИЯ Общо решение на сгради и комплекси Структурата на висшето учебно заведение в съответствие с тяхната архитектурна и планова структура включва следните подразделения: общи институтски и факултетни катедри с класни стаи и лаборатории; ...