Общая характеристика химических элементов

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Общая характеристика химических элементов

Общая характеристика химических элементов

Химия - наука, изучающая химические элементы, образуемые ими простые и сложные вещества (состав, строение, свойства), их превращения и законы, которым эти превращения подчиняются. Подразделяется на неорганическую, органическую, физическую, аналитическую, коллоидную и др. Современная химия связана с другими науками, в результате чего возникают пограничные области науки: биохимия, агрохимия, космохимия, радиохимия и др. Достижения современной химии являются стимулом интенсивного роста химической промышленности, играют важную роль в научно-техническом прогрессе всех отраслей народного хозяйства. Химия играет важную роль в решении наиболее актуальных и перспективных проблем современного общества (увеличение эффективности и безопасности искусственных удобрений для повышения урожайности сельскохозяйственной продукции и проблема синтеза продуктов питания из непродовольственного сырья; освоение океанических источников сырья; разработка и создание новых источников энергии; синтез новых веществ и композиций, необходимых для решения задач в будущем; охрана окружающей среды). См №2, с334.

Объектом изучения в химии являются химические элементы и их соединения. Химическим элементом называют совокупность атомов с одинаковым зарядом ядер. В свою очередь, атом - наименьшая частица химического элемента, сохраняющая все его химические свойства. Таким образом, каждому химическому элементу соответствует определённый вид атомов. См. №3, с11.

Молекулой называют наименьшую частицу индивидуального вещества, способную к самостоятельному существованию, обладающую его основными химическими свойствами и состоящую из одинаковых или различных атомов. Молекулы могут быть одно-, двух- и многоатомными. Они являются составными частицами вещества. Если молекулы состоят из одинаковых атомов, то вещество называют простым или элементарным, например He, Ar, H2, O2, O3, S4, P4. Простое вещество является формой существования химического элемента в свободном состоянии. См. №3, с11 – с12.

Если молекула вещества состоит из разных атомов, то вещество называют сложным (или химическим соединением), например CO, H2O, NH3, H3PO4. Любое вещество характеризуется определённым составом (природой и числом атомов в его молекуле), строением (пространственным расположением атомов в молекуле) и определёнными физическими и химическими свойствами. См. №3, с12.

Химические свойства вещества характеризуют его способность участвовать в химических реакциях, то есть в процессах превращения одних веществ в другие. Для понимания этих свойств необходимо знать состав и строение веществ. См. №3, с12.

Всю таблицу Менделеева можно разделить на металлы, неметаллы и амфотерные вещества. Металлы - простые вещества, характеризующиеся способностью отдавать электроны, расположенные на внешнем энергетическом уровне (валентные электроны) и переходить в положительно заряженные ионы. Практически все металлы обладают высокой электро- и теплопроводностью, способностью хорошо отражать световые волны (чем и обуславливается их блеск и непрозрачность), пластичностью. В твёрдом состоянии обычно имеют кристаллическое строение. Связь между атомами в металле осуществляется валентными электронами, которые свободно перемещаются в кристаллической решётке, образуемой положительно заряженными ионами металла. Из 107 элементов периодической системы, 83 элемента являются металлами. Многие эксплуатационные свойства металлов зависят не только от их химических свойств, но и от структуры, которую они приобретают в результате способов получения и последующей обработки. Это создаёт возможности широкого изменения свойств металлов и делает их важнейшими конструкционными, электротехническими, механическими и другими материалами. На сегодняшний день, металлы находят широкое применение в различных областях техники. Неметаллы - простые вещества, не обладающие ковкостью, металлическим блеском, являются плохими проводниками тепла и электричества. Для атомов неметаллов преимущественно характерна способность присоединять электроны, т.е. превращаться в отрицательно заряженные ионы. К неметаллам относятся 22 элемента: H, B, C, Si, N, P, As, O, S, Se, Te, галогены и благородные газы. Оксиды неметаллов носят кислотный характер, им соответствуют кислородсодержащие кислоты. Амфотерные вещества - вещества, которым свойственно проявлять как кислотные, так и основные свойства. Амфотерное вещество, реагируя, например, с сильным основанием, может проявить кислотные свойства, в то же время, это же вещество, реагируя с сильной кислотой, может проявить основные свойства. См №2, с273, с279, с225.

Рассмотрим периодическую систему химических элементов. Она создана на основании периодического закона. Таблица состоит из 7 периодов и 8 групп.

Периоды – горизонтальные ряды таблицы, они подразделяются на большие и малые. В мылах периодах находится 2 элемента (1-й период), либо 8 элементов (2-й и 3-й периоды), в больших периодах – 18 элементов (4-й и 5-й) или 32 элемента (6-й период). 7-й период пока не закончен. Любой период начинается с типичного металла, а заканчивается типичным неметаллом и благородным газом. См №1, с271.

Вертикальные столбцы называются группами элементов. Каждая группа делится на две подгруппы – главную и побочную. Подгруппа – совокупность элементов, являющимися химическими аналогами. Часто элементы подгруппы обладают высшей степенью окисления, соответствующей номеру группы. См №1, с271.

В главных подгруппах химические свойства элементов могут меняться в широком диапазоне от неметаллических к металлическим. В побочных подгруппах свойства элементов меняются не так быстро. См №1, с271.

В Периодической системе типичные металлы расположены в I группе (Li - Fr), II (Mg - Ra) и III (In, Tl). Неметаллы расположены в VII группе (F - AT), VI (O - Te), IV (N - AS), III (B). Некоторые элементы главных подгрупп (Be, Al и др.), как и многие элементы побочных подгрупп проявляют как металлические, так и неметаллические свойства, т.е. являются амфотерными. См №1, с271.

Для некоторых элементов главных подгрупп  применяют групповые названия: I (Li - Fr) – щелочные металлы, II (Ca - Ra) – щелочноземельные металлы, VI (O - Po) – халькогены, VII (F - At) – галогены, VIII (He - Rn) – благородные газы. См №1, с271.

Оксиды

Оксиды – сложные вещества, молекулы которых состоят их двух элементов, одним из которых является кислород. По химическим свойствам делятся на 3 группы: основные, кислотные и амфотерные. Основные оксиды образованы только металлами (CaO, K2O, CuO CrO). Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов образуют основания при взаимодействии с водой: CaO+H2O = Ca(OH)2 Оксиды других металлов с водой не взаимодействуют и основания получают из соответствующих солей: FeSO4+2NaOH = Fe(OH)2+Na2SO4. Основные оксиды реагируют с кислотными оксидами и кислотами, образуя при этом соли: Na2O+SO3=Na2SO4; CuO+2HCl=CuCl2+H2O. Кислотные оксиды образуются неметаллами (SO3, P2O5, CO2) и металлами, проявляющими высокую степень окисления (Mn2O7, CrO3). Многие кислотные оксиды образуют кислоты при взаимодействии с водой: P2O5+3H2O = 2H3PO4; Некоторые из них не реагируют с водой и кислоты получаются из соответствующих солей. Кислотные оксиды взаимодействуют с осн6овными оксидами и основаниями, образуя при этом соли: CO2+3NaOH = Na2CO3+H2O. Амфотерные оксиды, в зависимости от условий, проявляют как кислотные, так и основные свойства, реагируют с кислотами и основаниями. К ним относят ряд оксидных металлов (Al2O3, ZnO, Cr2O3 и др.):

Cr2O3+6HCl = 2CrCl3+3H2O; Cr2O3+2NaOH = 2NaCrO2+H2O

Все три типа оксидов являются солеобразующими. Также имеется особая группа оксидов, которая не проявляет ни кислотных, ни основных свойств. Их называют «Безразличными». К ним относятся: N2O, NO, SiO, CO и др. См №2, 276.

Гидроксиды

Гидроксиды – сложные вещества, образованные атомами некоторых элементов (кроме фтора и кислорода) и гидрооксогруппой ON‑:

X(OH)n, где n = [1, 6];

Различают (для n>2) орто- и мета- формы гидроксидов:

Мета-гидрксиды отличаются меньшим «содержанием воды», т.е. фактически являются орто-гидроксидами после дегидратации.

Кислотные оксиды (кислородсодержащие кислоты) всегда содержат атомы водорода, способные замещаться на атомы металлов.

Большинство типично кислотных гидроксидов находятся в мета-форме. При записи формулы кислотного гидроксида, атомы водорода ставят на первое слева место, учитывая его электролитическую диссоциацию в воде:

SO2(OH)2 à H2SO4           PO(OH)3 à H3PO4

NO2(OH) à HNO3             CO(OH)2 à H2CO3