Периодический закон Менделеева

Периодический закон Менделеева. В 1669 году Д.И.Менделеев сформулировал закон: Свойства простых тел, а также свойства и формы соединений находятся в периодической зависимости от величин атомных весов элементов. Расположив все известные в то время элементы в порядке возрастания относительных атомных масс, Менделеев наблюдал периодическое изменение их свойств.

В настоящее время принята современная формулировка закона, учитывающая строение атома (неизвестное во время создания закона Д.И.Менделеева ):Свойства элементов, а также простых и сложных ими образуемых, находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома. Периодическая система является графическим выражением периодического закона. Существуют различные варианты отображения периодичности, однако наиболее удобной остается таблица, предложенная Д.И.Менделеевым.

Таблица состоит из 7 периодов (горизонтальные ряды элементов ) и 8 групп (вертикальные ряды элементов ). Периоды 1-3 называются малыми, они состоят из одного ряда, в первом периоде только 2 элемента, во 2 и 3 - по 8 элементов. Периоды 4-7 называются большими, они состоят из 2 рядов. 7 период является незавершенным. В каждой группе элементов можно выделить 2 подгруппы - главную и побочную. В малых периодах - 2 и 3 (в них находятся только элементы главных подгрупп ) - наиболее отчетливо видны закономерности, которые существуют и в больших периодах: Каждый период начинается щелочным металлом и заканчивается инертным газом.

Слева направо, с ростом порядкого номера элементов: Увеличивается эллектроотрицательность Уменьшается атомный радиус Ослабляются металлические (востановительные) свойства Увеличивают неметаллические (окислительные) свойства В главных подгруппах с увеличением порядкового номера элементов наблюдаются следующие закономерности: Номер группы, как правило, указывает число электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей.

В этом — физический смысл номера группы. Эллектроотрицательность уменьшается атомный радиус увеличивается металлические (восстановительные) свойства элементов усиливаются неметаллические (окислительные) свойства ослабляются Вещества простые и сложные соединения Понятие о качественном и количественном составе вещества. Веществом называется отдельный вид материи, обладающий при данных условиях определенными физическими свойствами.

Примеры вещества: кислород, вода, железо. Чистое вещество всегда однородно, смеси же могут быть однородными и неоднородными. Однородными называются смеси, в которых ни непосредственно, ни при помощи микроскопа нельзя обнаружить частиц этих веществ вследствие ничтожно малой их величины. Такими смесями являются смеси газов, многие жидкости, некоторые сплавы. В неоднородных смесях неоднородность можно обнаружить при помощи микроскопа или даже невооруженным глазом.

Примерами неоднородных смесей могут служить различные горные породы, почва, пыльный воздух, мутная вода. Кровь, например, тоже относится к неоднородным смесям, и при рассмотрении в микроскоп можно увидеть, что она состоит из бесцветной жидкости, в которой плавают красные и белые тельца. Химическая промышленность выпускает химические продукты, которые также содержат какое-то количество примесей. Для указания степени их чистоты существуют специальные обозначения, или квалификация: технический (техн); чистый (ч.); чистый для анализа (ч.д.а.); химически чистый (х.ч.); особо чистый (о.ч.). Продукт с квалификацией «техн» обычно содержит значительное количество примесей, «ч.» — меньше, «ч.д.а.» — значительно меньше, «х.ч.» — меньше всего.

С маркой «о.ч.» выпускаются лишь некоторые продукты. Допустимое содержание примесей в химическом продукте той или иной квалификации устанавливается государственными стандартами.

Ежедневно мы можем видеть, как вещества подвергаются различным изменениям, например, свинцовая пуля, ударившись о камень, нагревается так сильно, что свинец плавится, превращаясь в жидкость; стальной предмет, находящийся под действием влаги, покрывается ржавчиной; дрова в печи сгорают, оставляя кучку пепла, опавшие листья деревьев постепенно истлевают, превращаясь в перегной и т.д. При плавлении свинцовой пули ее механическое движение переходит в тепловое, но этот переход не сопровождается химическим изменением свинца, так как твердый и жидкий свинец представляет одно и то же вещество. Но если тот же свинец в результате длительного нагревания на воздухе превращается в оксид свинца, то получается новое вещество с совершенно иными свойствами.

Точно так же при гниении листьев, появлении ржавчины на стали, горении дров образуются совершенно новые вещества. Химическими называются явления, при которых из одних веществ образуются другие, новые вещества, а наука, изучающая превращение вещества, называется химией. Она изучает состав и строение веществ, зависимость их свойств от состава и строения веществ, условия и пути превращения одних веществ в другие.

Химические изменения всегда сопровождаются изменениями физическими, поэтому химия и физика тесно связаны. Химия также тесно связана с биологией, так как биологические процессы сопровождаются непрерывными химическими превращениями. Однако каждая форма движения имеет свои особенности, и химические явления не сводятся к физическим процессам, а биологические — к химическим и физическим.

Для того чтобы установить свойства вещества, нужно иметь его в чистом виде, но в чистом виде вещества в природе не встречаются. Природные вещества представляют из себя смеси, состоящие иногда из очень большого числа различных веществ. Так, например, природная вода всегда содержит растворенные в ней соли и газы. Иногда очень малое содержание примеси может привести к очень сильному изменению некоторых свойств вещества. Например, содержание в цинке лишь сотых долей железа или меди ускоряет его взаимодействие с соляной кислотой в сотни раз. Когда одно из веществ находится в смеси в преобладающем количестве, вся смесь обычно носит его название.

Вещество может состоять из одинаковых по составу и строению химических частиц – в этом случае его называют чистым, или индивидуальным, веществом. Если же частицы разные, то – смесью. Индивидуальное вещество – химическое вещество, состоящее из химических частиц, одинаковых по составу и строению. (В настоящее время в химии нет общепринятого всеобъемлющего определения этого понятия) Это относится как к молекулярным, так и к немолекулярным веществам.

Например, молекулярное вещество " вода" состоит из одинаковых по составу и строению молекул воды, а немолекулярное вещество " поваренная соль" состоит из одинаковых по составу и строению кристалликов поваренной соли. Большинство природных веществ представляет собой смеси. Например, воздух – смесь молекулярных веществ " азота" и " кислорода" с примесями других газов, а горная порода " гранит" – смесь немолекулярных веществ " кварца" , "полевого шпата" и " слюды" также с различными примесями.

Индивидуальные химические вещества часто называют просто веществами. Химические вещества могут содержать атомы только одного химического элемента или атомы разных элементов. По этому признаку вещества делят на простые и сложные. Простое вещество – индивидуальное вещество, в состав которого входят атомы только одного элемента.

Например, простое вещество " кислород" состоит из двухатомных молекул кислорода, а в состав вещества " кислород" входят только атомы элемента кислорода. Другой пример: простое вещество " железо" состоит из кристаллов железа, а в состав вещества " железо" входят только атомы элемента железа. Исторически сложилось так, что обычно простое вещество имеет то же название, что и элемент, атомы которого входят в состав этого вещества. Однако некоторые элементы образуют не одно, а несколько простых веществ.

Например, элемент кислород образует два простых вещества: " кислород" , состоящий из двухатомных молекул, и " озон" , состоящий из трехатомных молекул. Элемент углерод образует два широко известных немолекулярных простых вещества: алмаз и графит. Такое явление называется аллотропией. Аллотропия – образование одним химическим элементом нескольких простых веществ. Эти простые вещества называются аллотропными модификациями. Они одинаковы по качественному составу, но отличаются друг от друга строением.

Сложное вещество – индивидуальное вещество, в состав которого входят атомы разных элементов Так, сложное вещество " вода"состоит из молекул воды, которые, в свою очередь, состоят из атомов водорода и кислорода. Следовательно, атомы водорода и атомы кислорода входят в состав воды. Сложное вещество " кварц" состоит из кристаллов кварца, кристаллы кварца состоят из атомов кремния и атомов кислорода, то есть атомы кремния и атомы кислорода входят в состав кварца.

Конечно, в состав сложного вещества могут входить атомы и более чем двух элементов. Сложные вещества иначе называют соединениями. Каждый из объектов материальной системы (кроме элементарных частиц) сам является системой, то есть состоит из других, более мелких, объектов, связанных между собой. Итак, любая система сама является сложным объектом, а почти все объекты представляют собой системы. Например, важная для химии система – молекула – состоит из атомов, связанных между собой химическими связями (о природе этих связей вы узнаете, изучив главу 7). Другой пример: атом. Он также представляет собой материальную систему, состоящую из атомного ядра и связанных с ним электронов (о природе этих связей вы узнаете, изучив главу 3). Каждый объект можно более или менее подробно описать или охарактеризовать, то есть перечислить его характеристики.

В химии объектами являются, прежде всего, вещества. Химические вещества бывают самые разнообразные:жидкие и твердые, бесцветные и окрашенные, легкие и тяжелые, активные и инертные и так далее.

Одно вещество от другого отличается по целому ряду признаков, которые, как вы знаете, называются характеристиками. Характеристика вещества – особенность, присущая данному веществу. Существуют самые разнообразные характеристики веществ: агрегатное состояние, цвет, запах, плотность, способность плавиться, температура плавления, способность разлагаться при нагревании, температура разложения, гигроскопичность (способность поглощать влагу), вязкость, способность взаимодействовать с другими веществами и многие другие.

Важнейшие из этих характеристик – состав и строение. Именно от состава и строения вещества зависят все его остальные характеристики, в том числе и свойства. Различают качественный состав и количественный состав вещества. Чтобы описать качественный состав вещества, перечисляют, атомы каких элементов входят в состав этого вещества. При описании количественного состава молекулярного вещества указывают атомы каких элементов и в каком количестве образуют молекулу данного вещества.

При описании количественного состава немолекулярного вещества указывают отношение числа атомов каждого из элементов, входящих в состав этого вещества. Под строением вещества понимают а) последовательность соединения между собой атомов, образующих данное вещество; б) характер связей между ними и в) взаимное расположение атомов в пространстве. Вещество остается самим собой, то есть химически неизменным, до тех пор, пока сохраняются неизменными состав и строение его молекул (для немолекулярных веществ – пока сохраняется его состав и характер связей между атомами). Как и для других систем, среди характеристик веществ в особую группу выделяются свойства веществ, то есть их способность изменяться в результате взаимодействия с другими телами или веществами, а также в результате взаимодействия составных частей данного вещества.

Второй случай довольно редкий, поэтому свойства вещества можно определить как способность этого вещества определенным образом изменяться при каком-либо внешнем воздействии.

А так как внешние воздействия могут быть самыми разнообразными (нагревание, сжатие, погружение в воду, смешивание с другим веществом и тому подобное) то и изменения они могут вызвать тоже различные. При нагревании твердое вещество может расплавиться, а может и разложиться без плавления, превратившись в другие вещества. Если вещество при нагревании плавится, то мы говорим, что оно обладает способностью плавиться.

Это свойство данного вещества (оно проявляется, например, у серебра и отсутствует у целлюлозы). Также и жидкость при нагревании может закипеть, а может и не закипеть, а тоже разложиться. Это – способность кипеть (она проявляется, например, у воды и отсутствует у расплавленного полиэтилена). Погруженное в воду вещество может раствориться в ней, а может и не раствориться, это свойство – способность растворяться в воде. Бумага, поднесенная к огню, на воздухе загорается, а золотая проволока – нет, то есть бумага (вернее, целлюлоза) проявляет способность гореть на воздухе, а золотая проволока не обладает этим свойством.

Различных свойств у веществ очень много. Способность плавиться, способность кипеть, способность деформироваться и тому подобные свойства относятся к физическим свойствам вещества. Физические свойства вещества – свойства, проявляемые веществом в процессах, при которых вещество остается химически неизменным.

Химические свойства вещества – свойства, проявляемые веществом в процессах, при которых оно превращается в другое или другие вещества.