Конспект урока: Характеристика элемента по его положению в периодической системе

Элементы и атомы

В менделеевский взятые круг,

Сделали химию самой богатой

И самой творческой из наук

 

Г. Санников

Можно предположить, что химические элементы в Периодической системе – это герои, и им, как и любым героям, можно давать определенные характеристики. За основу характеристики химических элементов мы будем брать Периодическую систему химических элементов (ПСХЭ) Д.И. Менделеева 

План характеристики элементов по ПСХЭ

1. Порядковый номер элемента, относительная атомная масса (Ar), химический знак.
2. Строение атома (заряд ядра (Z), количество протонов, нейтронов, электронов).
3. Положение элемента в ПС (период, группа, подгруппа), семейство элемента (s, p, d, f).
4. Распределение электронов по энергетическим уровням, электронная формула атома.
5. Характер элемента (металл, неметалл).
6. Характеристика химической связи, физические свойства.
7. Сравнение со свойствами соседних элементов (по группе, по периоду).
8. Формула высшего оксида, название, его характер.
9. Формула гидроксида (основания или кислоты), название, его характер.
10. Состав летучего водородного соединения (для неметаллов главных подгрупп), название, характер.

Характеристика металла и его соединений

Охарактеризуем металл калий К

1. Порядковый номер калия, т.е. клетка, в которой он стоит – 19, относительная атомная масса Ar – 39. Химический символ - $\mathrm{K}$.

 

2. Значит, заряд его ядра равен Z = +19, (заряд ядра атома равен порядковому номеру элемента, числу протонов и числу электронов). Поэтому в атоме 19 электронов (19 e^-),  и 19 протонов (19 p⁺), а число нейтронов определяется по формуле $\mathrm{n} = \mathrm{Ar} - \mathrm{Z}$, т.е. 39 – 19 = 20, значит в атоме 20 нейтронов (12 n⁰).

3. Калий расположен в ПС в I группе, главной (A) подгруппе, 4 большом периоде, относится к элементам s – семейства.

4. Так как калий находится в 4-ом периоде, значит, у него будет 4 энергетических уровня, на которых будут располагаться все его электроны. На первом уровне 2 электрона (это максимально), на втором – 8, на третьем - 8, на четвертом, значит, – 1 электрон.

Электронная формула атома калия: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹.

5. Т.к. у калия 1 электрон на внешнем уровне, то этот элемент относится к металлам. В реакциях он будет отдавать 1 электрон, проявляя восстановительные свойства, и получать степень окисления +1.

Рис.1. Металл калий.

6. Раз калий – это металл, то для него характерна металлическая химическая связь и металлическая кристаллическая решетка. Поэтому, как и для любого металла для него характерны такие физические свойства, как металлический блеск, пластичность, тепло и – электропроводность.

 

7. Сравнение свойств элемента калия со свойствами его соседей по группе: металлические свойства калия выражены сильнее, чем у натрия, но слабее, чем у 

рубидия, т.к. в группе сверху вниз увеличивается радиус атома и электроны больше отдаляются от ядра и их становится легче отдавать. Сравнение свойств элемента калия со свойствами его соседей по периоду: металлические свойства натрия выражены сильнее, чем у кальция, т.к. в периодах, слева направо радиус атомов уменьшается, а число электронов на внешнем уровне увеличивается, электроны крепче связаны с ядром, поэтому их становится тяжелее отдавать, чем присоединить.

8. Т.к. калий – металл I A группы, то ему соответствует оксид калия – ${\mathrm{K}}_2\mathrm{O}$, значит, это основный оксид и он проявляет все свойства, характерные для этих оксидов: он реагирует с кислотами и кислотными оксидами, с водой с образованием щёлочи.

9. Гидроксид калия (едкое кали) – это $\mathrm{KOH}$, он является щёлочью – растворимым в воде основанием. Для него будут характерны следующие свойства: реакции с кислотами и кислотными оксидами, реакции с солями.

10. Если калий – металл, то он не образует летучих водородных соединений.

Характеристика неметалла и его соединений

Охарактеризуем неметалл сера S

1. Сера находится в клетке номер 16, т.е. ее порядковый номер – 16, относительная атомная масса Ar – 32. Химический символ - $\mathrm{S}$.

 

2. Значит, заряд ядра ее атома будет Z = +16, а число протонов, как и число электронов равно 16: (р0 = 16, e- = 16). Число нейтронов будет равно 16, т.к. если мы от относительной атомной массы отнимем число протонов, то будет 16 (n0 = 32 – 16 = 16). 

3. Сера расположена в ПС в VI группе, главной (A) подгруппе, 3 малом периоде, относится к элементам p – семейства.

4. Сера находится в третьем периоде, значит, у нее три энергетических уровня, на первом уровне 2 электрона, на втором – 8, а на третьем будет - 6.

Электронная формула атома серы: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴.

5. Сера – это неметалл, значит, она может быть как окислителем, так и восстановителем. Как окислитель, она может присоединить 2 электрона до завершения внешнего уровня, получая при этом степень окисления -2 ($\stackrel{0}{\mathrm{S}} + 2\stackrel{-}{e} \to \stackrel{-2}{S}$), а как восстановитель, она может отдать 4 или 6 электронов и получить степень окисления +4 или +6 ($\stackrel{0}{\mathrm{S}} - 4\stackrel{-}{e} \to \stackrel{+4}{S}, \stackrel{0}{\mathrm{S}} - 6\stackrel{-}{e} \to \stackrel{+6}{S}$).

6. Сера – неметалл. Для нее характерно явление аллотропии , т.е. она может образовывать несколько простых веществ, отличающихся своими свойствами.

Рис.2. Аллотропные модификации серы: а – ромбическая; б – моноклинная; в – пластическая.

Наиболее устойчивая модификация серы – ромбическая сера ${\mathrm{S}}_8$, это хрупкое вещество желтого цвета. Моноклинная сера – в которой атомы соединены в циклы в виде «короны» представляет собой твердое вещество, состоящее из темно-желтых игл, устойчивое при температуре более 96⁰С, а при обычной температуре превращающееся в ромбическую серу. Пластическая сера – длинные полимерные цепи пластической коричневой массы, нерастворимой в воде.

7. Сравнение свойств элемента серы со свойствами ее соседей по группе: неметаллические свойства серы выражены сильнее, чем у селена, но слабее, чем у кислорода, т.к. радиус у кислорода меньше, чем у серы. По сравнению с соседями по периоду свойства серы выражены сильнее, чем у фосфора, но слабее, чем у хлора.

8. Высший оксид серы (VI) – ${\mathrm{SO}}_3$. Это кислотный оксид, который проявляет свойства, характерные для этих оксидов: он реагирует с основными оксидами, основаниями и водой с образованием соответствующей кислоты.

9. Высший гидроксид серы – это серная кислота – ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4$, она проявляет свойства, характерные для всех кислот: реагирует с металлами, основаниями и основными оксидами, с солями.

10. Сера – неметалл, поэтому имеет летучее водородное соединение – ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$ – сероводород.