Характеристика переходных элементов (меди, цинка, хрома, железа) по их положению в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностям строения их атомов

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Задание 2. Изменение свойств химических элементов для ЕГЭ 2021

I. Закономерности изменений свойств химических элементов в группах и периодах

Приложение 1. Таблица Менделеева.

1. Слева направо по периоду (см. таблицу Менделеева):

o металлические свойства простых веществ уменьшаются

o неметаллические свойства увеличиваются

o радиус атома уменьшается

o электроотрицательность элементов возрастает

o восстановительные свойства уменьшаются

o окислительные свойства увеличиваются

o основные свойства оксидов и гидроксидов уменьшаются

o Кислотные свойства оксидов и гидроксидов усиливаются

o идет увеличение числа электронов на внешнем уровне

o увеличивается максимальная валентность элементов

2. Сверху вниз по группе (см. таблицу Менделеева) (для главной подгруппы):

o металлические свойства простых веществ увеличиваются

o неметаллические свойства уменьшаются

o радиус атома увеличивается

o электроотрицательность элементов уменьшается

o основные свойства оксидов и гидроксидов усиливаются

o кислотные свойства оксидов и гидроксидов убывают

o Число электронов на внешнем уровне не меняется

3. К основным оксидам относятся оксиды металлов со степенью окисления +1 и +2

4. К кислотным оксидам относятся оксиды неметаллов и оксиды металлов со степенью окисления +5, +6, +7

5. К амфотерным оксидам относятся Al₂O₃, BeO, ZnO, Cr₂O₃

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

Кодификатор ЕГЭ. Раздел 1.2.2. 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:

… ns¹ — 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:

Название	Атомная масса, а.е.м.	Заряд ядра	ЭО по Полингу	Мет. радиус, нм	Энергия ионизации, кДж/моль	t_пл, ^оС	Плотность, г/см³
Литий	6,941	+3	0,98	0,152	520,2	180,6	0,534
Натрий	22,99	+11	0,99	0,186	495,8	97,8	0,968
Калий	39,098	+19	0,82	0,227	418,8	63,07	0,856
Рубидий	85,469	+37	0,82	0,248	403,0	39,5	1,532
Цезий	132,905	+55	0,79	0,265	375,7	28,4	1,90

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):

Э₂О + Н₂О = 2ЭОН

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:

… ns² — 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:

Название	Атомная масса, а.е.м.	Заряд ядра	ЭО по Полингу	Мет. радиус, нм	Энергия ионизации, кДж/моль	t_пл, ^оС	Плотность, г/см³
Бериллий	9,012	+4	1,57	0,169	898,8	1278	1,848
Магний	24,305	+12	1,31	0,245	737,3	650	1,737
Кальций	40,078	+20	1,00	0,279	589,4	839	1,55
Стронций	87,62	+38	0,95	0,304	549,0	769	2,54
Барий	137,327	+56	0,89	0,251	502,5	729	3,5

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:

… ns²nр¹ — 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.

Характеристики элементов IIA группы:

Название	Атомная масса, а.е.м.	Заряд ядра	ЭО по Полингу	Радиус атома, нм	Энергия ионизации, Э → Э³⁺, эВ	Степень окисления в соединениях	Валентные электроны
Бор	10,811	+5	2,01	0,091	71,35	+3, -3	2s²2p¹
Алюминий	26,982	+13	1,47	0,143	53,20	+3	3s²3p¹
Галлий	69,723	+31	1,82	0,139	57,20	+3	4s²4p¹
Индий	114,818	+49	1,49	0,116	52,69	+3	5s²5p¹
Таллий	204,383	+81	1,44	0,171	56,31	+1, +3	6s²6p¹

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.

В общем металлы IА–IIIА подгрупп характеризуются:

· небольшим количеством электронов на внешнем энергетическом уровне:

· сравнительно сильными восстановительными свойствами;

· низкими значениями электроотрицательности;

· сравнительно большими атомными радиусами (относительно радиусов других атомов в периодах, в которых расположены соответствующие металлы);

· металлической кристаллической решеткой;

· высокой электро- и теплопроводностью;

· твердым фазовым состоянием при нормальных условиях

Характеристика переходных элементов (меди, цинка, хрома, железа) по их положению в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностям строения их атомов

Переходные элементы имеют d- и f-электроны, у них происходит заполнение внутренних оболочек. В Периодической системе химических элементов (ПСХЭ) они заполняют В-группы (побочные) 4, 5 и 6 периодов (рис. 1). В основном расположены между s- и р-элементами.

Рис. 1. Периодическая таблица

Наибольшее практическое значение среди переходных элементов имеют медь, цинк, хром и железо. На примере элементов, простых веществ и соединений можно проследить общие закономерности изменения свойств.

Медь, Cu

Латинское название — Cuprum, символ — Cu. Относительная атомная масса — 63,5. Медь находится в 4 периоде, I B-группе ПСХЭ. Порядковый номер — 29.

Распределение электронов по уровням и подуровням характеризует следующая электронная формула: 1s² 2s²2p⁶ 3s²3p⁶3d¹⁰ 4s¹. В возбужденном состоянии на 4s уровень и подуровень «проскакивает» один d-электрон. Атом получает более устойчивую конфигурацию электронных оболочек.

Типичные значения валентностей и степеней окисления в соединениях: I(+), II(+), 0, +1, +2 соответственно. Заряд катиона 2+.

Способ получения меди в лаборатории — восстановление из оксида с помощью водорода при нагревании.

Промышленное получение:

Восстановление водородом. Схема процесса: Cu⁺²O + H₂→ Cu⁰ + H₂O.
Металлотермия. Происходит реакция обмена CuO + H₂SO₄→ CuSO₄ + H₂O. далее идет вытеснение меди железом CuSO₄ + Fe → FeSO₄ + Cu↓.
Электролиз водного раствора сульфата меди. На катоде происходит восстановление Cu²⁺ + 2ē → Cu⁰; на аноде — окисление 2H₂O – 4ē → 4H⁺ + O₂↑.

Описание металла — простого вещества

золотисто-красный цвет (рис. 2);
металлический блеск;
пластичен, легко вытягивается в проволоку и прокатывается в листы;
тепло- и электропроводность высокие.

Рис. 2. Медь

Химические свойства:

Медь в ряду активности находится после водорода, это инертный металл.
Не взаимодействует с водой.
Не реагирует при обычных условиях с водородом, углеродом, кремнием, азотом, с растворами соляной и серной кислот, растворами щелочей.
Взаимодействует с концентрированными растворами серной и азотной кислот.

Таблица 1

Важнейшие соединения меди

Класс веществ	Название соединения	Характер свойств
Оксиды	Оксид меди (I) Cu₂O	Основной.
Оксиды	Оксид меди (II) CuO	Амфотерный (преобладают основные свойства).
Гидроксиды	Гидроксид меди (I) СuOH	Основной.
Гидроксиды	Гидроксид меди (II) Cu(ОН)₂	Амфотерный (преобладают основные свойства).

Применение меди, ее соединений и сплавов:

изготовление конденсаторов, механизмов для часов, ювелирных изделий с применением латуни (сплава);
использование чистого металла и сплавов в машиностроении;
использование оксидов в производстве стекла, эмалей;
производство дистилляторов воды;
выпуск проволоки, кабеля.

Кристаллогидрат сульфата меди (медный купорос) — средство для борьбы с грибковыми инфекциями растений. Применяется в смеси с гашеной известью для получения более сильной бордоской жидкости. Медь используется в производстве микроудобрений. Элемент необходим растениям и животным для нормального роста и развития.

Цинк, Zn

Латинское название Zincum, химический символ Zn. Элемент 4 периода, расположен во II группе, В-подгруппе. Порядковый номер 30. Масса — 65,37. Строение электронных оболочек: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s² (в основном состоянии). Валентность и степень окисления: II(+) и +2 (соответственно).

Способы получения в промышленности:

Восстановление углеродом при нагревании: ZnO+ C→ CO↑ + Zn.
Гидрометаллургия: ZnO + H₂SO₄ → ZnSO₄+ H₂O; ZnSO₄+ Fe → FeSO₄+ Zn↓.
Электролиз: цинк восстанавливается на катоде Zn²⁺+ 2H⁺+ 4ē → Zn↓ + H_2.

Цинк — металл серебристо-серого цвета (рис. 3). Твердый, проводит тепло и электричество. Окисляется кислородом при нагревании. Не взаимодействует с бором, углеродом, кремнием, азотом. В воде не растворяется, но при сильном нагревании реагирует с водяным паром с образованием оксида цинка и выделением водорода. Реагирует с кислотами, кроме азотной, вытесняет водород. Вытесняет металлы, расположенные в ряду активности правее, из растворов их солей.

Рис. 3. Цинк

Таблица 2

Характеристика соединений

Классы веществ	Названия и формулы	Свойства
Оксиды	Оксид цинка, ZnO	Амфотерный.
Гидроксиды	Гидроксид цинка Zn(ОН)₂	Амфотерный.

Цинк находит применение как защитный материал для предотвращения ржавчины (оцинковки) изделий из стали, железа. Металл используется в строительстве, производстве бытовой техники и для других целей.

Хром, Cr

Латинское название Chromium, химический символ Cr. Элемент 4 периода, VI В-группы. Порядковый номер 24. Относительная атомная масса — 52. Строение электронных оболочек характеризует формула 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹(в невозбужденном состоянии).

Значения валентности и степени окисления в соединениях: II(+), III(+) VI(+); +2, +3, +6 (соответственно). Наиболее устойчивое состояние достигается при степени окисления +3. Повышение значения ведет к появлению и возрастанию кислотных свойств, ослаблению основных.

Способы получения в промышленности — пирометаллургия и электролиз. В первом случае используется вытеснение алюминием из оксида. Схема процесса: Cr₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Cr. Проводят электролиз концентрированных водных растворов оксидов (CrO₃ или Cr₂O₃₎, либо соли Cr₂(SO₄)₃. Второй метод служит для получения наиболее чистого вещества.

Хром — твердый металл серого цвета с металлическим блеском (рис. 4). Вытесняет водород при взаимодействии с растворами неокисляющих кислот (соляной, фосфорной и др.). При сильном нагревании растворяется в серной и азотной кислотах.

Рис. 4. Хром

Таблица 3

Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 224; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!