Все металлы в таблице менделеева

Все металлы в таблице менделеева Все металлы в таблице менделеева

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 1542.

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 1542.

К металлам относится большая часть элементов периодической системы – 82 химических элементов. Какими свойствами они обладают, и чем отличаются от неметаллов?

Металлами называют группу элементов, в виде простых веществ, которые обладают металлическими свойствами (пластичность, ковкость, блеск, электронная проводимость и т. д.)

Основное отличие элементов-металлов – они обладают только восстановительными свойствами, а в реакциях могут только окисляться. В соединениях они могут иметь только положительные степени окисления как в элементарных положительно заряженных ионах, так и в сложных ионах, где они образуют положительные центры.

Все металлы в таблице менделееваРис. 1. Список металлов.

Как правило, на внешнем уровне элементов металлов находится небольшое число электронов (1-3), значения электроотрицательности невысокие.

К металлам относятся все s-элементы (кроме водорода и гелия), d- и f-элементы, а также p-элементы под чертой бор-астат. Для типичных металлов характерен большой размер атомов, что способствует легкости отдачи валентных электронов.

Образующиеся положительные ионы устойчивы, так как имеют завершенную внешнюю электронную оболочку.

Все металлы, кроме ртути, при нормальных условиях в виде простых веществ находятся в твердом агрегатном состоянии и образуют металлическую кристаллическую решетку.

Все металлы в таблице менделееваРис. 2. Металлы в таблице Д.И. Менделеева.

В следующей таблицы представлены группы основных металлов:

Группа металлов Металл
Щелочные литий, натрий, калий и т.д.
Щелочноземельные кальций, стронций, барий и т.д.
Переходные уран, титан, железо, платина и т.д.
постпереходные алюминий, свинец, олово и т.д.
Тугоплавкие молибден, вольфрам
Цветные медь, титан, магний и т.д.
Благородные золото, серебро и т.д.

Металлы пластичны и ковки, особенно если на внешнем электронном уровне атомов по одному электрону: слои атомов перемещаются относительно друг друга без разрушения кристаллической решетки (щелочные металлы, медь, серебро, золото). В атомах непластичных хрупких металлов хрома и марганца – большое число валентных электронов.

Плотность, твердость, температура плавления металлов изменяются в широком диапазоне и зависят от атомной массы, строения атома и геометрии кристаллической решетки. Самый легкий металл – литий (плотность 0,53 г/см3), самый тяжелый – осмий (плотность 22,5 г/см3). Металлы с плотностью больше 5 г/см3 относят к тяжелым, меньше 5 г/см3 – к легким металлам.

Самая низкая температура плавления у ртути (-39 градусов по Цельсию), самый тугоплавкий металл – вольфрам (температура плавления 3410 градусов по Цельсию.) Энергия атомизации вольфрама составляет 836 кДж/моль, а температура кипения его 5930 градусов.

Металлы вступают в реакцию как с простыми, так и со сложными веществами. Как типичные восстановители металлы реагируют почти со всеми неметаллами-окислителями (кислород, сера, азот и т. д.):

Также металлы реагируют с такими сложными веществами, как оксиды и гидроксиды, разбавленные растворы кислот, с растворенными в воде щелочами.

В пределах одного и того же периода металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются; в пределах одной и той же группы (в главной подгруппе) металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают

Все металлы в таблице менделееваРис. 3. Металлы главных подгрупп.

Самый распространенный на земле элемент-металл – алюминий. За ним следуют железо, кальций, натрий.

Некоторые металлы встречаются в природе в самородном состоянии (золото, ртуть, платина), но в основном они находятся в природе в виде оксидов и солей.

Получение металлов происходит с помощью металлургии (получение из руд), пирометаллургии (получение с помощью реакции восстановления при высокой температуре), гидрометаллургии (извлечение из руд в виде растворимых соединений), электрометаллургии (получение металлов электролизом расплавов и растворов их соединений).

Металлы – вещества, которые обладают высокой электро- и теплопроводностью, ковкостью, пластичностью и металлическим блеском. В данной статье по химии 9 класса рассматриваются их физические и химические свойства, формулы класса металлов, а также способы получения.

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 1542.

А какая ваша оценка?

Гость завершил

Тест «Отцы и дети»с результатом 8/15

Гость завершил

Тест «Хамелеон»с результатом 10/10

Гость завершил

Тест «Судьба человека»с результатом 11/12

Гость завершил

Тест «Биография Гоголя»с результатом 9/12

Не подошло? Напиши в х, чего не хватает!

Металлы — Химия

Все металлы в таблице менделееваМеталлы (от лат. metallum — шахта, рудник) — группа элементов, в виде простых веществ обладающих характерными металлическими свойствами, такими как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.

  • Из 118 химических элементов, открытых на данный момент (из них не все официально признаны), к металлам относят:
  • 6 элементов в группе щелочных металлов,
  • 6 в группе щёлочноземельных металлов,
  • 38 в группе переходных металлов,
  • 11 в группе лёгких металлов,
  • 7 в группе полуметаллов,
  • 14 в группе лантаноиды + лантан,
  • 14 в группе актиноиды (физические свойства изучены не у всех элементов) + актиний,
  • вне определённых групп бериллий и магний.
  1. Таким образом, к металлам, возможно, относится 96 элементов из всех открытых.
  2. В астрофизике термин «металл» может иметь другое значение и обозначать все химические элементы тяжелее гелия
  3. Характерные свойства металлов
  1. Металлический блеск (характерен не только для металлов: его имеют и неметаллы иод и углерод в виде графита)
  2. Хорошая электропроводность
  3. Возможность лёгкой механической обработки 
  4. Высокая плотность (обычно металлы тяжелее неметаллов)
  5. Высокая температура плавления (исключения: ртуть, галлий и щелочные металлы)
  6. Большая теплопроводность
  7. В реакциях чаще всего являются восстановителями.

Физические свойства металлов

Все металлы (кроме ртути и, условно, франция) при нормальных условиях находятся в твёрдом состоянии, однако обладают различной твёрдостью. Ниже приводится твёрдость некоторых металлов по шкале Мооса.

Температуры плавления чистых металлов лежат в диапазоне от −39 °C (ртуть) до 3410 °C (вольфрам). Температура плавления большинства металлов (за исключением щелочных) высока, однако некоторые «нормальные» металлы, например олово и свинец, можно расплавить на обычной электрической или газовой плите.

В зависимости от плотности, металлы делят на лёгкие (плотность 0,53 ÷ 5 г/см³) и тяжёлые (5 ÷ 22,5 г/см³). Самым лёгким металлом является литий (плотность 0.53 г/см³).

Самый тяжёлый металл в настоящее время назвать невозможно, так как плотности осмия и иридия — двух самых тяжёлых металлов — почти равны (около 22.

6 г/см³ — ровно в два раза выше плотности свинца), а вычислить их точную плотность крайне сложно: для этого нужно полностью очистить металлы, ведь любые примеси снижают их плотность.

Большинство металлов пластичны, то есть металлическую проволоку можно согнуть, и она не сломается. Это происходит из-за смещения слоёв атомов металлов без разрыва связи между ними. Самыми пластичными являются золото, серебро и медь.

Из золота можно изготовить фольгу толщиной 0.003 мм, которую используют для золочения изделий. Однако не все металлы пластичны. Проволока из цинка или олова хрустит при сгибании; марганец и висмут при деформации вообще почти не сгибаются, а сразу ломаются.

Пластичность зависит и от чистоты металла; так, очень чистый хром весьма пластичен, но, загрязнённый даже незначительными примесями, становится хрупким и более твёрдым.

Некоторые металлы такие как золото, серебро, свинец, алюминий, осмий могут срастаться между собой, но на это может уйти десятки лет.

Все металлы хорошо проводят электрический ток; это обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля. Серебро, медь и алюминий имеют наибольшую электропроводность; по этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала для проводов.

Очень высокую электропроводность имеет также натрий, в экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием.

Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.

Высокая теплопроводность металлов также зависит от подвижности свободных электронов. Поэтому ряд теплопроводностей похож на ряд электропроводностей и лучшим проводником тепла, как и электричества, является серебро. Натрий также находит применение как хороший проводник тепла; широко известно, например, применение натрия в клапанах автомобильных двигателей для улучшения их охлаждения.

Цвет у большинства металлов примерно одинаковый — светло-серый с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезий соответственно жёлтого, красного и светло-жёлтого цвета.

  • Химические свойства металлов
  • На внешнем электронном уровне у большинства металлов небольшое количество электронов (1-3), поэтому они в большинстве реакций выступают как восстановители (то есть «отдают» свои электроны)
  • Реакции с простыми веществами
  • С кислородом реагируют все металлы, кроме золота, платины. Реакция с серебром происходит при высоких температурах, но оксид серебра(II) практически не образуется, так как он термически неустойчив. В зависимости от металла на выходе могут оказаться оксиды, пероксиды, надпероксиды:

 оксид лития пероксид натрия надпероксид калия

Чтобы получить из пероксида оксид, пероксид восстанавливают металлом:

Со средними и малоактивными металлами реакция происходит при нагревании:

  • С азотом реагируют только самые активные металлы, при комнатной температуре взаимодействует только литий, образуя нитриды:
Читайте также:  Транспортир для циркулярки своими руками

При нагревании:

  • С серой реагируют все металлы, кроме золота и платины:

Железо взаимодействует с серой при нагревании, образуя сульфид:

  • С водородом реагируют только самые активные металлы, то есть металлы IA и IIA групп кроме Be. Реакции осуществляются при нагревании, при этом образуются гидриды. В реакциях металл выступает как восстановитель, степень окисления водорода −1:
  • С углеродом реагируют только наиболее активные металлы. При этом образуются ацетилениды или метаниды. Ацетилениды при взаимодействии с водой дают ацетилен, метаниды — метан.
  1. Взаимодействие кислот с металлами
  2. Взаимодействие неокисляющих кислот с металлами, стоящими в электрическом ряду активности металлов до водорода
  3. Происходит реакция замещения, которая также является окислительно-восстановительной:

Взаимодействие серной кислоты H2SO4 с металлами

Окисляющие кислоты могут взаимодействовать и с металлами, стоящими в ЭРАМ после водорода:

Очень разбавленная кислота реагирует с металлом по классической схеме:

При увеличении концентрации кислоты образуются различные продукты:

Реакции для азотной кислоты (HNO3)

При взаимодействии с активными металлами вариантов реакций ещё больше:

Таблица Менделеева

Периодическая система химических элементов (табли́ца Менделе́ева) — классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона, установленного русским химиком Д. И. Менделеевым в 1869 году. Её первоначальный вариант был разработан Д. И.

Менделеевым в 1869—1871 годах и устанавливал зависимость свойств элементов от их атомного веса (по-современному, от атомной массы). В современном варианте системы предполагается сведение элементов в двумерную таблицу, в которой каждый столбец (группа) определяет основные физико-химические свойства, а строки представляют собой периоды, в определённой мере подобные друг другу.

Классический вид таблицы Менделеева

Все металлы в таблице менделеева

Таблица Менделеева в картинках

История открытия Периодического закона

К середине XIX века были открыты 63 химических элемента, и попытки найти закономерности в этом наборе предпринимались неоднократно.

В 1829 году Дёберейнер опубликовал найденный им «закон триад»: атомный вес многих элементов близок к среднему арифметическому двух других элементов, близких к исходному по химическим свойствам (стронций, кальций и барий; хлор, бром и йод и др.).

Первую попытку расположить элементы в порядке возрастания атомных весов предпринял Александр Эмиль Шанкуртуа (1862), который разместил элементы вдоль винтовой линии и отметил частое циклическое повторение химических свойств по вертикали. Обе указанные модели не привлекли внимания научной общественности.

В 1866 году свой вариант периодической системы предложил химик и музыкант Джон Александр Ньюлендс, модель которого («закон октав») внешне немного напоминала менделеевскую, но была скомпрометирована настойчивыми попытками автора найти в таблице мистическую музыкальную гармонию.

В этом же десятилетии появились ещё несколько попыток систематизации химических элементов; ближе всего к окончательному варианту подошёл Юлиус Лотар Мейер (1864). Д. И. Менделеев опубликовал свою первую схему периодической таблицы в 1869 году в статье «Соотношение свойств с атомным весом элементов» (в журнале Русского химического общества); ещё ранее (февраль 1869 г.

) научное извещение об открытии было им разослано ведущим химикам мира. По легенде, мысль о системе химических элементов пришла к Менделееву во сне, однако известно, что однажды на вопрос, как он открыл периодическую систему, учёный ответил: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово».

Написав на карточках основные свойства каждого элемента (их в то время было известно 63, из которых один — дидим Di — оказался в дальнейшем смесью двух вновь открытых элементов празеодима и неодима), Менделеев начинает многократно переставлять эти карточки, составлять из них ряды сходных по свойствам элементов, сопоставлять ряды один с другим.

Итогом работы стал отправленный в 1869 году в научные учреждения России и других стран первый вариант системы («Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве»), в котором элементы были расставлены по девятнадцати горизонтальным рядам (рядам сходных элементов, ставших прообразами групп современной системы) и по шести вертикальным столбцам (прообразам будущих периодов). В 1870 году Менделеев в «Основах химии» публикует второй вариант системы («Естественную систему элементов»), имеющий более привычный нам вид: горизонтальные столбцы элементов-аналогов превратились в восемь вертикально расположенных групп; шесть вертикальных столбцов первого варианта превратились в периоды, начинавшиеся щелочным металлом и заканчивающиеся галогеном. Каждый период был разбит на два ряда; элементы разных вошедших в группу рядов образовали подгруппы. Сущность открытия Менделеева заключалась в том, что с ростом атомной массы химических элементов их свойства меняются не монотонно, а периодически. После определённого количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства начинают повторяться. Например, натрий похож на калий, фтор похож на хлор, а золото похоже на серебро и медь. Разумеется, свойства не повторяются в точности, к ним добавляются и изменения. Отличием работы Менделеева от работ его предшественников было то, что основ для классификации элементов у Менделеева была не одна, а две — атомная масса и химическое сходство. Для того, чтобы периодичность полностью соблюдалась, Менделеевым были предприняты очень смелые шаги: он исправил атомные массы некоторых элементов (например, бериллия, индия, урана, тория, церия, титана, иттрия), несколько элементов разместил в своей системе вопреки принятым в то время представлениям об их сходстве с другими (например, таллий, считавшийся щелочным металлом, он поместил в третью группу согласно его фактической максимальной валентности), оставил в таблице пустые клетки, где должны были разместиться пока не открытые элементы. В 1871 году на основе этих работ Менделеев сформулировал Периодический закон, форма которого со временем была несколько усовершенствована.

Научная достоверность Периодического закона получила подтверждение очень скоро: в 1875—1886 годах были открыты галлий (экаалюминий), скандий (экабор) и германий (экасилиций), для которых Менделеев, пользуясь периодической системой, предсказал не только возможность их существования, но и, с поразительной точностью, целый ряд физических и химических свойств.

Список химических элементов таблицы Менделеева

  • 1 H Водород (а.м. 1,00794)
  • 2 He Гелий (а.м. 4,002602)
  • 3 Li Литий (а.м. 6,9412)
  • 4 Be Бериллий (а.м. 9,0122)
  • 5 B Бор (а.м. 10,812)
  • 6 С Углерод (а.м. 12,011)
  • 7 N Азот (а.м. 14,0067)
  • 8 О Кислород (а.м. 15,9994)
  • 9 F Фтор (а.м. 18,9984)
  • 10 Ne Неон (а.м. 20,179)
  • 11 Na Натрий (а.м. 22,98977)
  • 12 Mg Магний (а.м. 24,305)
  • 13 Al Алюминий (а.м. 26,98154)
  • 14 Si Кремний (а.м. 28,086)
  • 15 P Фосфор (а.м. 30,97376)
  • 16 S Сера (а.м. 32,06)
  • 17 Cl Хлор (а.м. 35,453)
  • 18 Ar Аргон (а.м. 39,948)
  • 19 К Калий (а.м. 39,0983)
  • 20 Ca Кальций (а.м. 40,08)
  • 21 Sc Скандий (а.м. 44,9559)
  • 22 Ti Титан (а.м. 47,9)
  • 23 V Ванадий (а.м. 50,9415)
  • 24 Cr Хром (а.м. 51,996)
  • 25 Mn Марганец (а.м. 54,938)
  • 26 Fe Железо (а.м. 55,847)
  • 27 Со Кобальт (а.м. 58,9332)
  • 28 Ni Никель (а.м. 58,7)
  • 29 Cu Медь (а.м. 63,546)
  • 30 Zn Цинк (а.м. 65,38)
  • 31 Ga Галлий (а.м. 69,72)
  • 32 Ge Германий (а.м. 72,59)
  • 33 As Мышьяк (а.м. 74,9216)
  • 34 Se Селен (а.м. 78,96)
  • 35 Br Бром (а.м. 79,904)
  • 36 Kr Криптон (а.м. 83,8)
  • 37 Rb Рубидий (а.м. 85,4678)
  • 38 Sr Стронций (а.м. 87,62)
  • 39 Y Иттрий (а.м. 88,9059)
  • 40 Zr Цирконий (а.м. 91,20)
  • 41 Nb Ниобий (а.м. 92,9064)
  • 42 Mo Молибден (а.м. 95,94)
  • 43 Tc Технеций (а.м. 98,9062)
  • 44 Ru Рутений (а.м. 101,07)
  • 45 Rh Родий (а.м. 102,9055)
  • 46 Pd Палладий (а.м. 106,4)
  • 47 Ag Серебро (а.м. 107,868)
  • 48 Cd Кадмий (а.м. 112,41)
  • 49 In Индий (а.м. 114,82)
  • 50 Sn Олово (а.м. 118,69)
  • 51 Sb Сурьма (а.м. 121,75)
  • 52 Те Теллур (а.м. 127,6)
  • 53 I Йод (а.м. 126,9045)
  • 54 Xe Ксенон (а.м. 131,3)
  • 55 Cs Цезий (а.м. 132,9054)
  • 56 Ba Барий (а.м. 137,33)
  • 57 La Лантан (а.м. 138,9)
  • 58 Ce Церий (а.м. 140,12)
  • 59 Pr Празеодим (а.м. 140,9)
  • 60 Nd Неодим (а.м. 144,24)
  • 61 Pm Прометий (а.м. 145)
  • 62 Sm Самарий (а.м. 150,35)
  • 63 Eu Европий (а.м. 151,96)
  • 64 Gd Гадолиний (а.м. 157,25)
  • 65 Tb Тербий (а.м. 158,92)
  • 66 Dy Диспрозий (а.м. 162,5)
  • 67 Ho Гольмий (а.м. 164,93)
  • 68 Er Эрбий (а.м. 167,26)
  • 69 Tm Тулий (а.м. 168,93)
  • 70 Yb Иттербий (а.м. 173,04)
  • 71 Lu Лютеций (а.м. 174,97)
  • 72 Hf Гафний (а.м. 178,49)
  • 73 Ta Тантал (а.м. 180,9479)
  • 74 W Вольфрам (а.м. 183,85)
  • 75 Re Рений (а.м. 186,207)
  • 76 Os Осмий (а.м. 190,2)
  • 77 Ir Иридий (а.м. 192,22)
  • 78 Pt Платина (а.м. 195,09)
  • 79 Au Золото (а.м. 196,9665)
  • 80 Hg Ртуть (а.м. 200,59)
  • 81 Tl Таллий (а.м. 204,37)
  • 82 Pb Свинец (а.м. 207,2)
  • 83 Bi Висмут (а.м. 208,9)
  • 84 Po Полоний (а.м. 209)
  • 85 At Астат (а.м. 210)
  • 86 Rn Радон (а.м. 222)
  • 87 Fr Франций (а.м. 223)
  • 88 Ra Радий (а.м. 226)
  • 89 Ac Актиний (а.м. 227)
  • 90 Th Торий (а.м. 232,03)
  • 91 Pa Протактиний (а.м. 231,03)
  • 92 U Уран (а.м. 238,02)
  • 93 Np Нептуний (а.м. 237,04)
  • 94 Pu Плутоний (а.м. 244,06)
  • 95 Am Америций (а.м. 243,06)
  • 96 Cm Кюрий (а.м. 247,07)
  • 97 Bk Берклий (а.м. 247,07)
  • 98 Cf Калифорний (а.м. 251,07)
  • 99 Es Эйнштейний (а.м. 252,08)
  • 100 Fm Фермий (а.м. 257,08)
  • 101 Md Менделевий (а.м. 258,09)
  • 102 No Нобелий (а.м. 259,1)
  • 103 Lr Лоуренсий (а.м. 260,1)
  • 104 Rf Резерфордий (а.м. 261)
  • 105 Db Дубний (а.м. 262)
  • 106 Sg Сиборгий (а.м. 266)
  • 107 Bh Борий (а.м. 267)
  • 108 Hs Хассий (а.м. 269)
  • 109 Mt Мейтнерий (а.м. 276)
  • 110 Ds Дармштадтий (а.м. 227)
  • 111 Rg Ренгений (а.м. 280)
  • 112 Cn Коперниций (а.м. 285)
  • 113 Uut Унунтрий (а.м. 284)
  • 114 Uuq Унунквадий (а.м. 289)
  • 115 Uup Унунпентий (а.м. 288)
  • 116 Uuh Унунгексий (а.м. 293)
  • 117 Uus Унунсептий (а.м. 294)
  • 118 Uuo Унуноктий (а.м. 294)
  • 119 Uuе Унуненний (а.м. 316)
  • 120 Ubn Унбинилий (а.м. 320)
  • 121 Ubu Унбиуний (а.м. 320)
  • 122 Ubb Унбибий
  • 123 Ubt Унбитрий
  • 124 Ubq Унбиквадий
  • 125 Ubp Унбипентий (а.м. 332)
  • 126 Ubn Унбигексий (а.м. 322)
  • Таблица Менделеева в картинках
  • Другие заметки по химии
Читайте также:  Как сделать гильотину своими руками

Урок 10: Металлы и неметаллы

  • План урока:
  • Физические свойства металлов
  • Физические свойства неметаллов
  • Способы получения металлов
  • Химические свойства металлов
  • Способы получения неметаллов
  • Химические свойства неметаллов
  • Коррозия металла
  • Биологическая роль металлов и неметаллов
  • Применение металлов и неметаллов

Физические свойства металлов

Металлы – химические элементы, атомы которых в процессе реакции стремятся отдавать электроны. Они обладают металлической кристаллической решеткой и общими физическими свойствами. На данный момент известно более 87 металлов.

Для металлов характерен ряд свойств:

  • твердость (кроме ртути, которая представляет собой жидкость);
  • металлический блеск;
  • проводимость электрического тока и тепла;
  • пластичность.

Металлы при ударах не разрушаются, а меняют форму. С этой особенностью связано то, что из них производят проволоку, металлические листы и др. Развитие бронзового и железного века связано с производством товаров из металлов.

Физические свойства неметаллов

Неметаллы – химические элементы, атомы которых стремятся принять чужие электроны. Для них характерны атомные и молекулярные кристаллические решетки. Для атомов неметаллов не характерны общие физические свойства. На данный момент существует 22 неметалла.

Для неметаллов характерен ряд свойств:

  • хрупкость (неметаллы нельзя ковать);
  • отсутствие блеска;
  • непроводимость электрического тока и тепла.

Расположение металлов и неметаллов в периодической таблице Д.И. Менделеева

Определить, является простое вещество металлом или неметаллом, можно с помощью периодической таблицы Менделеева. Металлы располагаются ниже диагонали «водород-бор- кремний-мышьяк-теллур-астат», а неметаллы выше.

Элементы, расположенные вблизи диагонали, обладают смешанными свойствами: проявляют как металлические, так и неметаллические свойства. Они называются полуметаллами.

Полуметаллы имеют ковалентную кристаллическую решетку при наличии металлической проводимости (электропроводности). Валентных электронов у них либо недостаточно для образования полноценной ковалентной связи, либо они не удерживаются достаточно прочно из-за больших размеров атома. Поэтому связь в ковалентных кристаллах этих элементов имеет частично металлический характер.

Закономерности в таблице Д.И. Менделеева

Каждый атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны находятся в ядре, который несет положительный заряд. Вокруг ядра движутся отрицательно заряженные электроны. Атомный номер указывает на количество протонов.

Чем больше заряд ядра, тем сильнее к нему притягиваются электроны. Т.о., атому сложнее отдавать электроны. Поэтому в периоде слева направо, с увеличением порядкового номера металлические свойства ослабевают, а неметаллические – усиливаются.

Неметаллы стремятся принять электроны от других атомов. Период в таблице указывает на количество электронных уровней. По мере увеличения числа орбиталей электроны отдаляются от ядра и атому сложнее удерживать электроны на последних уровнях. Т.о., в группе сверху вниз количество орбиталей возрастает, поэтому металлические свойства усиливаются, а неметаллические – уменьшаются.

Способы получения металлов

  1. Большую часть металлов получают из оксидов при нагревании.
  2. Fe2O3 + 3 CO →2 Fe + 3 CO2
  3. MnO2 + 2 C → Mn + CO2
  4. Металлы, имеющие на внешнем уровне один-два электрона, получают с помощью электролиза расплавов.
  5. NaCl → Na+ + Cl-

Химические свойства металлов

Все металлы проявляют восстановительные свойства. Легкость в отдачи внешнего электрона применяется в фотоэлементах. Степень активности определяется рядом активности. У самых активных на внешнем уровне располагается по одному электрону.

  • Общие химические свойства металлов выражаются в реакциях со следующими соединениями.
  • 4 Li + O2→ 2 LiO2
  • 3 Mg + N2 → Mg3N2

Активные металлы реагируют с галогенами и кислородом. С азотом взаимодействуют только литий, кальций и магний. Большинство металлов при взаимодействии с кислородом образуют оксиды, а наиболее активные металлы – пероксиды (N2O2).

  1. 2 Ca + MnO2 → 2 CaO + Mn(нагревание)
  2. Mg + H2SO4(разб)→MgSO4 + H2
  3. Водород в кислотах вытесняют только те металлы, которые в ряду напряжений стоят до водорода.
  4. Fe + CuSO4→ Cu + FeSO4
  5. Cu + 2 AgNO3→ 2 Ag + Cu(NO3)2
  6. Более активные металлы вытесняют из соединений менее активные.
  • Химические свойства щелочных и щелочно-земельных металлов (реакции с водой)

2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2

Ca + 2 H2O →Ca(OH)2 + H2

Способы получения неметаллов

  • Неметаллы синтезируют из природных соединений с помощью электролиза.
  • 2 KCl → 2 K + Cl2
  • Также неметаллы получают в результате окислительно-восстановительных реакций.
  • SiO2 + 2 Mg → 2 MgO + Si

Химические свойства неметаллов

Неметаллы проявляют окислительные свойства. Самый активный неметалл – фтор. Он бурно реагирует со всеми веществами, а некоторые реакции сопровождаются горением и взрывом. В атмосфере фтора горят даже вода и платина. Фтор окисляет кислород и образует фторид кислорода OF2.

  1. Неметаллы вступают в реакции со следующими веществами.
  2. 3 F + 2 Al → 2 AlF3 (нагревание)
  3. S + Fe →FeS (нагревание)
  4. 2 F2 + C → CF2 (нагревание)
  5. S + O2→ SO2(нагревание)
  6. 4 F2 + CH4→CH3F + HF
  7. 3 O2 + 4 NH3→ 2 N2 + 6 H2O

Меньшей активностью обладают такие неметаллы как бор, графит, алмаз. Они могут проявлять восстановительные свойства.

2 C + MnO2 → Mn + 2 CO

4 H2 + Fe3O2 → 3 Fe + 4 H2O

Коррозия металла

Коррозия – это процесс разрушения металлов или металлических конструкций под действием кислорода, воды и вредных примесей. Не все металлы подвергаются коррозии. Их стойкость зависит от ряда факторов.

  • На благородных металлах не образуется коррозия.
  • На поверхности алюминия, титана, цинке, хрома и никеля есть оксидная пленка, которая предотвращает процессы коррозии.

Различают несколько видов коррозии – химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия

Химическая коррозия сопровождается химическими реакциями. Она образуется под действием газов.

3 Fe + 2 O2 → Fe3O4

2 Fe + 3 Cl2 → 2 FeCl3

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия – процесс разрушения металлов или металлических конструкций, который сопровождается электрохимическими реакциями. В большинстве металлов находятся примеси. В процессе коррозии электродами могут служить не только металлы, но и его примеси.

Например, в железе могут находиться примеси олова. В этом случае на аноде электроны переносятся от олова к железу и металлы растворяются, т.е. железо подвергаются коррозии. На катоде восстанавливается водород из воды или растворенного кислорода. Электрохимическая коррозия может сопровождаться следующими процессами.

Анод: Fe2+ — 2e → Fe0

Катод: 2H+ + 2e → H2

Способы защиты от коррозии

В промышленности популярны различные методы защиты металлов от коррозии.

Покрытия защищают поверхности от действия окислителей. Ими служат различные вещества:

  • покрытие менее активным металлом (железо покрывают оловом);
  • краски, лаки, смазки.
  • Создание специальных сплавов

Физические свойства сплавов и чистых металлов отличаются. Поэтому для повышения стойкости в сплав необходимо добавить дополнительные металлы.

Биологическая роль металлов и неметаллов

В организмах содержится множество различных металлов и неметаллов. Различных химических элементов в организме может не хватать, поэтому приходится потреблять их извне.Химические элементы можно разделить на две большие группы – макроэлементы и микроэлементы.

К макроэлементам относятся вещества, содержание которых в организме превышает 0,005 %. Эта группа включает водород, углерод, кислород, азот, натрий, магний, фосфор, сера, хлор, калий, кальций.

Микроэлементы – элементы, содержание которых не превышает 0,005%. К ним относятся железо, медь, селен, йод, хром, цинк, фтор, марганец, кобальт, молибден, кремний, бром, ванадий, бор.

Каждый макро- и микроэлемент в организме выполняет определенную функцию.

Применение металлов и неметаллов

В синтезе химических препаратов и лекарств применяются чистые металлы и неметаллы. В органической химии металлы используются в качестве катализаторов, а также при получении металлорганических соединений.  Неметаллы служат исходным сырьем для получения чистых кислот и других химических соединений.

Таблица Менделеева β

Таблица Менделеева или периодическая таблица химических элементов — это представленный в виде таблицы свод химических элементов, которые расположены по возрастанию атомного номера.

В каждой ячейке таблицы Менделеева так же есть обозначение элемента, его атомная масса, принадлежность к определенной группе обозначенная цветом, а так же иногда указывается электронная конфигурация.

Структура таблицы показывает периодических характер химических свойств элементов. Она имеет 7 строк, которые называются периодами, и столбцы, которые называются группами. Именно столбцы объединяют элементы со схожими химическими свойствами.

Например, щелочные металлы, щелочно-земельные металлы, галогениды, благородные газы и т.д. Так же имеется четыре прямоугольные области, которые объединяют элементы со схожим электронным строением их атомов.

На данный момент открыто 118 химических элементов, которые завершили заполнение семи строк таблицы. Первые 94 элемента были найдены в природе, хотя некоторые в очень маленьких количествах, а вот остальные синтезированы искусственно в физических лабораториях или вообще при ядерных взрывах.

Читайте также:  Сварка металлоконструкций, технология сварки по гост

В настоящее время ученые-физики продолжают попытки синтезировать 119 элемент и более тяжелые, теоретически возможность этих элементов была доказана ранее — они начнут восьмой ряд периодической таблицы Менделеева. Кроме того, все элементы имеют так называемые изотопы, которые так же в большом количестве были синтезированы в лабораториях и обнаружены в природе.

Наиболее известный пример — тяжелая вода, где водород с атомным весом 1 заменяет его изотоп дейтерий (вес 2) или тритий (вес 3).

Структура периодической таблицы используется для нахождения взаимосвязи между свойствами различных элементов и их соединений, а так же для прогноза этих свойств в том числе еще не открытых соединений.

Первую известную таблицу Менделеев опубликовал в 1869 году, которая демонстрировала периодический характер свойств известных на тот момент элементов.

Так же Менделеев дал предсказания по свойствам не открытых на тот момент элементов и большинство его предсказания оказались близки к верным.

В последующем с открытием других элементов расширялись и теоретические знания, стали появляться всё более точные теоретические математические модели для объяснения и предсказания свойств элементов.

Современная таблица Менделеева теперь широко используется для анализа химических реакций и вообще широко используется как в химии так и физике. Однако, много споров ведется относительно того на сколько оптимален тот или иной вид таблицы (их несколько десятков), а так же размещения некоторых элементов.

Введение

Каждый химический элемент в таблице Менделеева имеет свой уникальный атомный номер (Z), который равен числу протонов в его атомном ядре. У каждого атома в ядре может быть разное число нейтронов и поэтому атом одного элемента может иметь разную массу — такие «варианты» одного атома отличающиеся по массе называют изотопами.

Например, самые распространенные изотопы урана U235 и U238, но на самом деле изотопов известно восемь на данный момент с атомными массам от 233 до 240.

Изотопы в таблице не разделяются, в ней указывается самый распространенный природный изотоп или для атомов, которые стабильных изотопов не имеют, указывается наиболее стабильный (долгоживущий).

В общепринятой периодической таблице (см. выше) химические элементы указываются в порядке возрастания атомного номера Z. Новая строка (период) начинается тогда, когда начинает заполняться новая электронная оболочка атома.

Столбцы (группы) определяются электронной конфигурацией атома. Элементы с одинаковым чистом электронов на валентном электронном уровне попадают в одни и те же группы. Элементы находящиеся в одной группе как правило имеют схожие химические свойства.

Первые 94 элемента встречаются в природе в свободном и связанном виде либо только в виде составе соединений, остальные же синтезированы в лабораториях. Некоторые элементы, например, франций (Fr) был зафиксирован только в виде излучения (получено всего 300 тыс. атомов). Другие элементы выше 94 получены так же в очень малых количествах.

Металлы, металлоиды и неметаллы

По своим физико-химическим свойствам все элементы можно разделить на три основные категории — металлы, металлоиды и неметаллы.

Металлы — это как правило блестящие высоко теплопроводные твёрдые вещества способные плавиться при нагревании и образовывать друг с другом сплавы, а так же образовывать ионные и ковалентные соединения с неметаллами.

Неметаллы — это как правило бесцветные либо цветные твёрдые, жидкие или газообразные вещества. Неметаллые образуют соединения друг с другом при помощи ковалентных связей.

Металлоиды — это вещества, которые могут проявлять в определенных условиях как металлические свойства, так и неметаллические.

Металлы и неметаллы могут быть дополнительно классифицированы на подкатегории, которые видны в таблице в строках слева направо. Так металлы подразделяются на химически очень активные щелочные металлы, чуть менее активные щелочно-земельные, характерные  переходные металлы и химически достаточно инертные постпереходные  металлы.

Неметаллы подразделяются на многоатомные неметаллы, при этом они ближе к металлоидам т.к. иногда проявляют металлические свойства, на галогениды и инертные газы. Доля неметаллов среди всех элементов небольшая — их 19 из 118 известных элементов.

На самом же деле такое подразделение даже внутри каждой категории весьма условно и на этих условных границах есть большое «перекрытие».

Например, бериллий относится к щелочно-земельным элементам, но его амфотерность и склонность образовывать ковалентные соединения позволяют относить его к постпереходным металлам. Радон относится к благородным газам, но образует ряд ионных соединений характерных для металлов.

Поэтому существуют и другие типы разделения элементов на группы, например, по минералогическим признакам или кристаллическим структурам соединений. 

Щелочные и щелочно-земельные металлы

Эти две категории очень похожи друг на друга, но щелочно-земельные металлы менее химически активны. Все они образуют основные оксиды.

Для них характерна низкая механическая прочность, все щелочные металлы легко режутся ножом, очень высокая химическая активность (например, калий, и тем более рубидий могут воспламеняться прямо на воздухе, а с водой реагировать со «взрывом» — реакиция идет настолько быстро, что раздаётся хлопок).

Магний и бериллий более твёрдые и гораздо менее реакционно способные, поэтому они используются иногда в чистом виде или в виде сплавов (магний-алюминиевый сплав очень важен в авиационной отрасли, например).

Переходные металлы

У этой группы очень широкий спектр физических и химических свойств. Например, температура плавления у ртути -38,8 ºC, а у иттрия 1795 ºC.

Так же в очень широком диапазоне находится твёрдость, плотность, химическая активность (например, благородный металл золото очень химически инертен, а цинк наоборот весьма реакционно способен и по этому показателю ближе к щелочно-земельным элементам).

Металлы этой группы — основа всех промышленных производств и сфер жизни. Они применяются во всех отраслях промышленности — от конструкционных материалов до микроэлектронной промышленности.

Лантаноиды

По своим свойствам они похожи так же на щелочно-земельные металлы, но менее активны. Лантаноиды и их соединения очень похожи друг на друга, поэтому трудно поддаются разделению. В природе они очень рассеяны и их добыча весьма сложна. Однако благодаря свойствам их соединений они крайне важны в современной промышленности.

Актиноиды

Почти все актиноиды мягкие, плотные и достаточно реакционно способные металлы. Металлы от актиния до плутона встречаются в природе, остальные получают только в лабораториях. 

Постпереходные металлы

Мягкие или хрупкие металлы с низкой механической прочностью и температурой плавления ниже температур плавления переходных металлов (например, ртуть -38,8 ºC, индий 156,6 ºC, олово 231,9 ºC, алюминий 660 ºC). С неметаллами образуют как правило ковалентные соединения, кислотно-основные соли, для их оксидов характерна амфотерность.

Металлоиды

Это промежуточный тип элементов между металлами и неметаллами. Кремний, например, внешне выглядит как металл (серый блестящий), но при этом совершенно непластичный (хрупкий) и является полупроводником. Химически они в основном ведут себя как неметаллы. Образуют кислотные или амфотерные оксиды.

Неметаллы (реакционные)

При нормальных условиях бор, углерод, фосфор, сера, селен — твёрдые вещества различных цветов.

Каждое их них имеет различные формы кристаллической решетки (аллотропные модификации), например красный, желтый, черный, белый фосфор, которая очень сильно влияет на их химическую активность (например, графит гораздо менее активен обычного угля) и физические свойства (алмаз самое твердое вещество в природе и это прозрачный материал, а графит хрупкий, мягкий, непрозрачный).

Азот и кислород — газы. При этом азот достаточно химически инертен, кислород напротив является очень активным окислителем.

Галогениды имеют разные физические свойства (фтор, хлор — газы, бром — жидкость, иод — твердое вещество). Астат получен только в крайне малых количествах как и теннессин, их свойства изучены плохо.

Химически галогениды — очень сильные окислители (фтор самый сильный в Таблице Менделеева). С металлами образуют как правило соли с ионной решеткой, а с водородом очень сильные кислоты.

С неметаллами так же образуют множество многоатомных соединений как правило с ковалентными связями.

Неметаллы (инертные газы)

Крайне химически пассивные вещества. Первое соединение ксенона XePtF6 было синтезировано в 1962 году, а соединения неона и гелия до сих пор неизвестны. Тем не менее инертные газы играют огромную роль в различных отраслях промышленности, медицине, при подводных погружениях и т.д.

P.S.: Интересно, что название «Таблица Менделеева» известна в основном только в России, а в остальном мире она называется чаще всего просто «Периодическая таблица».

P.P.S.: Статья будет дополняться и корректироваться.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector