Jeśli z całego szeregu standardowych potencjałów elektrod wybierzemy tylko te procesy elektrodowe, które odpowiadają równaniu ogólnemu

wtedy otrzymujemy serię naprężeń metalowych. Oprócz metali ta seria zawsze będzie zawierać wodór, co pozwala zobaczyć, które metale są w stanie wyprzeć wodór z wodnych roztworów kwasów.

Tabela 19. Szeregi naprężeń metalu

W tabeli podano liczbę naprężeń dla najważniejszych metali. 19. Pozycja danego metalu w szeregu naprężeń charakteryzuje jego zdolność do poddawania się oddziaływaniom redoks w roztworach wodnych w standardowych warunkach. Jony metali są utleniaczami, a metale w postaci prostych substancji są reduktorami. Co więcej, im dalej metal znajduje się w szeregu napięć, tym silniejszym utleniaczem w roztworze wodnym są jego jony i odwrotnie, im bliżej początku szeregu znajduje się metal, tym silniejsze są właściwości redukujące prostego substancja – metal.

Potencjał procesowy elektrody

w środowisku neutralnym jest równy B (patrz strona 273). Metale aktywne na początku szeregu, posiadające potencjał znacznie większy od -0,41 V, wypierają wodór z wody. Magnez wypiera tylko wodór gorąca woda. Metale znajdujące się pomiędzy magnezem a kadmem na ogół nie wypierają wodoru z wody. Na powierzchni tych metali tworzą się filmy tlenkowe, które mają działanie ochronne.

Metale znajdujące się pomiędzy magnezem i wodorem wypierają wodór z roztworów kwasowych. Jednocześnie na powierzchni niektórych metali tworzą się również filmy ochronne, hamujące reakcję. Zatem warstwa tlenku na aluminium sprawia, że ​​metal ten jest stabilny nie tylko w wodzie, ale także w roztworach niektórych kwasów. Ołów nie rozpuszcza się w kwasie siarkowym w stężeniu poniżej, ponieważ sól powstająca w wyniku reakcji ołowiu z kwasem siarkowym jest nierozpuszczalna i tworzy warstwę ochronną na powierzchni metalu. Zjawisko głębokiego hamowania utleniania metalu, w wyniku obecności na jego powierzchni ochronnych warstw tlenku lub soli, nazywa się pasywnością, a stan metalu w tym przypadku nazywany jest stanem pasywnym.

Metale mają zdolność wzajemnego wypierania się z roztworów soli. Kierunek reakcji wyznacza ich względne położenie w szeregu naprężeń. Rozważając konkretne przypadki takich reakcji, należy pamiętać, że metale aktywne wypierają wodór nie tylko z wody, ale także z dowolnego roztworu wodnego. Zatem wzajemne wypieranie metali z roztworów ich soli praktycznie zachodzi tylko w przypadku metali znajdujących się w szeregu po magnezie.

Beketow jako pierwszy szczegółowo zbadał wypieranie metali z ich związków przez inne metale. W wyniku swojej pracy uporządkował metale według ich aktywności chemicznej w szereg przemieszczeń, będący prototypem szeregu naprężeń metalicznych.

Względne położenie niektórych metali w szeregu naprężeń i w układzie okresowym na pierwszy rzut oka nie odpowiada sobie. Na przykład, zgodnie z pozycją w układzie okresowym, aktywność chemiczna potasu powinna być większa niż sodu, a sodu - większa niż litu. W szeregu napięć najbardziej aktywny jest lit, a potas zajmuje środkową pozycję między litem i sodem. Cynk i miedź, zgodnie z ich pozycją w układzie okresowym, powinny mieć w przybliżeniu taką samą aktywność chemiczną, ale w szeregu napięciowym cynk znajduje się znacznie wcześniej niż miedź. Przyczyna tego rodzaju niespójności jest następująca.

Porównując metale zajmujące tę lub inną pozycję w układzie okresowym, energię jonizacji wolnych atomów przyjmuje się jako miarę ich aktywności chemicznej - zdolności redukcyjnej. Rzeczywiście, podczas poruszania się na przykład od góry do dołu wzdłuż głównej podgrupy grupy I układ okresowy energia jonizacji atomów maleje, co wiąże się ze wzrostem ich promieni (tj. wraz z większą odległością elektronów zewnętrznych od jądra) oraz ze wzrostem ekranowania ładunku dodatniego jądra przez pośrednie warstwy elektronowe (patrz § 31) . Dlatego atomy potasu wykazują większą aktywność chemiczną – mają silniejsze właściwości redukujące – niż atomy sodu, a atomy sodu wykazują większą aktywność niż atomy litu.

Porównując metale w szeregu napięć, za miarę aktywności chemicznej przyjmuje się pracę polegającą na przekształceniu metalu w stanie stałym w uwodnione jony w roztworze wodnym. Pracę tę można przedstawić jako sumę trzech terminów: energia atomizacji - przemiana kryształu metalu w izolowane atomy, energia jonizacji wolnych atomów metalu i energia hydratacji powstałych jonów. Energia atomizacji charakteryzuje wytrzymałość sieci krystalicznej danego metalu. Energia jonizacji atomów - usunięcia z nich elektronów walencyjnych - jest bezpośrednio określona przez położenie metalu w układzie okresowym. Energia uwalniana podczas hydratacji zależy od struktury elektronowej jonu, jego ładunku i promienia.

Jony litu i potasu, mające ten sam ładunek, ale różne promienie, będą wytwarzać wokół siebie nierówne pola elektryczne. Pole generowane w pobliżu małych jonów litu będzie silniejsze niż pole w pobliżu dużych jonów potasu. Wynika z tego jasno, że jony litu uwodnią się wraz z uwolnieniem większej ilości energii niż jony potasu.

Zatem podczas rozważanej przemiany energia jest zużywana na atomizację i jonizację, a energia jest uwalniana podczas hydratacji. Im mniejsze całkowite zużycie energii, tym łatwiej będzie cały proces i im bliżej początku szeregu naprężeń będzie zlokalizowany dany metal. Ale z trzech składników ogólnego bilansu energetycznego tylko jeden - energia jonizacji - jest bezpośrednio określona przez położenie metalu w układzie okresowym. W związku z tym nie ma powodu oczekiwać, że względna pozycja niektórych metali w szeregu naprężeń będzie zawsze odpowiadać ich pozycji w układzie okresowym. Zatem w przypadku litu całkowite zużycie energii okazuje się mniejsze niż w przypadku potasu, zgodnie z którym w szeregu napięcia lit jest przed potasem.

W przypadku miedzi i cynku wydatki energetyczne na jonizację wolnych atomów i przyrost energii podczas hydratacji jonów są zbliżone. Jednak metaliczna miedź tworzy silniejszą sieć krystaliczną niż cynk, jak widać z porównania temperatur topnienia tych metali: cynk topi się w temperaturze 0, a miedź tylko w temperaturze . Dlatego też energia zużywana na atomizację tych metali jest znacząco różna, w efekcie czego całkowite koszty energii dla całego procesu w przypadku miedzi są znacznie większe niż w przypadku cynku, co wyjaśnia względne położenie tych metali metale w szeregu naprężeń.

Podczas przechodzenia z wody do rozpuszczalników niewodnych względne pozycje metali w szeregu napięcia mogą się zmienić. Powodem tego jest to, że energia solwatacji różnych jonów metali zmienia się w różny sposób podczas przechodzenia z jednego rozpuszczalnika do drugiego.

W szczególności jon miedzi jest w niektórych przypadkach bardzo energetycznie solwatowany rozpuszczalniki organiczne; Prowadzi to do tego, że w takich rozpuszczalnikach miedź znajduje się w szeregu napięciowym przed wodorem i wypiera ją z roztworów kwasowych.

Zatem w przeciwieństwie do okresowego układu pierwiastków, szereg naprężeń metalu nie jest odzwierciedleniem ogólnego wzoru, na podstawie którego można podać kompleksową charakterystykę właściwości chemicznych metali. Szereg napięć charakteryzuje jedynie zdolność redoks układu elektrochemicznego „metal - jon metalu” w ściśle określonych warunkach: podane w nim wartości odnoszą się do roztworu wodnego, temperatury i jednostkowego stężenia (aktywności) jonów metali.

Metale, które łatwo reagują, nazywane są metalami aktywnymi. Należą do nich metale alkaliczne, metale ziem alkalicznych i aluminium.

Pozycja w układzie okresowym

Właściwości metaliczne pierwiastków maleją od lewej do prawej strony układu okresowego. Dlatego za najbardziej aktywne uważa się elementy z grup I i ​​II.

Ryż. 1. Metale aktywne w układzie okresowym.

Wszystkie metale są czynnikami redukującymi i łatwo rozstają się z elektronami na zewnętrznym poziomie energii. Metale aktywne mają tylko jeden lub dwa elektrony walencyjne. W tym przypadku właściwości metaliczne rosną od góry do dołu wraz ze wzrostem liczby poziomów energii, ponieważ Im dalej elektron znajduje się od jądra atomu, tym łatwiej jest go oddzielić.

Za najbardziej aktywne uważa się metale alkaliczne:

• lit;
• sód;
• potas;
• rubid;
• cez;
• Francuski

Metale ziem alkalicznych obejmują:

• beryl;
• magnez;
• wapń;
• stront;
• bar;
• rad.

Stopień aktywności metalu można określić za pomocą szeregu elektrochemicznego napięć metalu. Im dalej na lewo od wodoru znajduje się pierwiastek, tym jest on bardziej aktywny. Metale na prawo od wodoru są nieaktywne i mogą reagować tylko ze stężonymi kwasami.

Ryż. 2. Szeregi elektrochemiczne napięć metali.

Lista metali aktywnych w chemii obejmuje również aluminium, znajdujące się w III grupa i stojący na lewo od wodoru. Aluminium jednak znajduje się na pograniczu metali aktywnych i średnioaktywnych i w normalnych warunkach nie reaguje z niektórymi substancjami.

Nieruchomości

Metale aktywne są miękkie (można je ciąć nożem), lekkie i mają niską temperaturę topnienia.

Podstawowy Właściwości chemiczne metale przedstawiono w tabeli.

Metale aktywne łatwo reagują, dlatego w przyrodzie występują tylko w mieszaninach - minerałach, skałach.

Ryż. 3. Minerały i czyste metale.

Czego się nauczyliśmy?

Do metali aktywnych zaliczają się pierwiastki z grupy I i II - metale alkaliczne i ziem alkalicznych, a także aluminium. O ich aktywności decyduje budowa atomu – kilka elektronów łatwo oddziela się od zewnętrznego poziomu energii. Są to miękkie metale lekkie, które szybko reagują z substancjami prostymi i złożonymi, tworząc tlenki, wodorotlenki i sole. Aluminium jest bliższe wodorowi i jego reakcja z substancjami wymaga dodatkowych warunków - wysokich temperatur, zniszczenia warstwy tlenkowej.

Jeśli przypomnisz sobie choćby fragment szkolnego kursu fizyki, z łatwością zapamiętasz, że najbardziej aktywnym metalem jest lit. Fakt ten nie jest zaskakujący, dopóki nie spróbujesz zrozumieć tego problemu bardziej szczegółowo. To prawda, że ​​​​trudno wyobrazić sobie sytuację, w której potrzebujesz takich informacji, ale ze względu na bezczynne zainteresowanie możesz spróbować.

Na przykład, jaka jest aktywność metalu? Zdolność do szybkiego i całkowitego reagowania z innymi pierwiastkami chemicznymi? Może. Wtedy lit, choć będzie jednym z najaktywniejszych metali, zdecydowanie nie jest mistrzem. Ale o tym później.

Ale jeśli dokonasz drobnego wyjaśnienia, nie powiedz „najbardziej aktywny metal”, ale „najbardziej aktywny elektrochemicznie metal”, wówczas lit zajmie należne mu pierwsze miejsce.

Lit

W tłumaczeniu z greckiego „lit” oznacza „kamień”. Ale nie jest to zaskakujące, ponieważ szwedzki chemik Arfvedson odkrył go w kamieniu, w płatku mineralnym, który między innymi zawierał ten metal.

Od tego momentu rozpoczęła się jego nauka. A jest nad czym pracować. Na przykład jego gęstość jest kilkakrotnie mniejsza niż aluminium. Utonie oczywiście w wodzie, ale w nafcie będzie pływał pewnie.

W normalnych warunkach lit jest miękkim, srebrzystym metalem. W serii Beketowa (seria aktywności elektrochemicznej) lit zajmuje zaszczytne pierwsze miejsce, nawet przed wszystkimi innymi metalami alkalicznymi. Oznacza to, że kiedy Reakcja chemiczna wyprze inne metale, zajmując wolną przestrzeń w złączach. To właśnie determinuje wszystkie inne jego właściwości.

Jest na przykład absolutnie niezbędna do prawidłowego funkcjonowania organizmu człowieka, choć w niewielkich dawkach. Zwiększone stężenie może spowodować zatrucie, zmniejszone stężenie może spowodować niestabilność psychiczną.

Co ciekawe, słynny napój 7Up zawierał lit i był pozycjonowany jako lek na kaca. Być może to naprawdę pomogło.

Cez

Ale jeśli pozbędziemy się obsesyjnego klarowania „elektrochemicznie”, pozostawiając po prostu „aktywny metal”, wówczas cez można nazwać zwycięzcą.

Jak wiadomo, aktywność substancji w układzie okresowym wzrasta od prawej do lewej i od góry do dołu. Faktem jest, że w substancjach znajdujących się w pierwszej grupie (pierwsza kolumna) pojedynczy samotny elektron obraca się na zewnętrznej warstwie. Atomowi łatwo się go pozbyć, co dzieje się w niemal każdej reakcji. Gdyby było ich dwa, podobnie jak elementy z drugiej grupy, to zajęłoby to więcej czasu, trzy – jeszcze więcej i tak dalej.

Ale nawet w pierwszej grupie substancje nie są równie aktywne. Im niższa jest substancja, tym większa jest średnica jej atomu i im dalej od jądra wiruje pojedynczy swobodny elektron. Oznacza to, że przyciąganie jądra działa na nie słabiej i łatwiej jest mu się oderwać. Cez spełnia wszystkie te warunki.

Metal ten jako pierwszy został odkryty za pomocą spektroskopu. Naukowcy zbadali skład wody mineralnej pochodzącej ze źródła leczniczego i zaobserwowali w spektroskopie jasnoniebieski pas odpowiadający nieznanemu wcześniej pierwiastkowi. Z tego powodu cez ma swoją nazwę. Można to przetłumaczyć na rosyjski jako „błękit nieba”.

Ze wszystkich czystych metali, które można wydobywać w znacznych ilościach, cez ma największą reaktywność chemiczną, a także wiele innych interesujących właściwości. Może na przykład stopić się w ludzkich rękach. Aby to jednak zrobić, należy go umieścić w szczelnie zamkniętej szklanej kapsułce wypełnionej czystym argonem, ponieważ w przeciwnym razie po prostu zapali się w kontakcie z powietrzem. Metal ten znalazł zastosowanie w różnorodnych dziedzinach: od medycyny po optykę.

Francja

A jeśli nie poprzestaniemy na cezie i nie zejdziemy jeszcze niżej, otrzymamy frans. Zachowuje wszystkie właściwości i cechy cezu, ale przenosi je na jakościowo wyższy poziom. nowy poziom, ponieważ ma jeszcze więcej orbit elektronowych, co oznacza, że ​​ten sam samotny elektron jest jeszcze dalej od centrum.

Przez długi czas teoretycznie przewidywano, a nawet opisano, ale nie udało się go znaleźć ani znaleźć, co też nie jest zaskakujące, ponieważ w naturze występuje w niewielkich ilościach (mniej niż - tylko astat). A nawet jeśli zostanie uzyskany, ze względu na wysoką radioaktywność i krótki okres półtrwania, pozostaje wyjątkowo niestabilny.

Co ciekawe, marzenie średniowiecznych alchemików spełniło się we Francji, tylko w odwrotnej kolejności. Marzyli o uzyskaniu złota z innych substancji, tutaj jednak wykorzystują złoto, które po bombardowaniu elektronami zamienia się we frans. Ale mimo to można go uzyskać w znikomych ilościach, niewystarczających nawet do dokładnych badań.

Zatem to frans pozostaje najbardziej aktywnym z metali, znacznie wyprzedzając wszystkie inne. Konkurować z nim może jedynie cez, i to wyłącznie ze względu na jego większą ilość. Nawet najbardziej aktywny niemetal, fluor, jest od niego znacznie gorszy.

Odpowiedź na pytanie „który metal jest najbardziej aktywny” nie jest taka prosta. Choćby dlatego, że z powodu różnych punktów widzenia nie ma bezpośredniej i dokładnej odpowiedzi.

Niektórzy eksperci uważają, że najbardziej aktywnym metalem jest lit. Inni uważają, że najwyższą aktywność ma cez. A jeszcze inni twierdzą, że palmę powinna dostać Francja.

Mimowolnie zadajesz pytanie: „Skąd taka różnica zdań?” A dlaczego nikt nie wspomina o sodzie, potasie i rubidzie?

Jest więcej pytań niż odpowiedzi. Jednak po bliższym zbadaniu tematu w chaosie danych odkrywamy bardzo harmonijne wzorce, które nie tylko pozwalają nam uzyskać odpowiedzi, ale nawet dowiedzieć się, który metal jest najbardziej aktywny.

Dlaczego wciąż nie wiadomo, który metal jest najbardziej aktywny? Historia rozwoju nauki pokazuje, że jasne i jednoznaczne odpowiedzi pojawiają się z reguły w dwóch przypadkach. Po pierwsze, jeśli odpowiedź jest jedyną poprawną i nie ma innych interpretacji i interpretacji. Na przykład najwyższą górą na planecie jest Chomolungma.

W przypadku, gdy odpowiedź podyktowana jest praktyczną koniecznością.

W latach 20. ubiegłego wieku, w jeszcze młodym Związku Radzieckim, postawiono pytanie, którego tłem było uzasadnienie polityczno-ekonomiczne: czy można uzyskać kauczuk w inny sposób niż z drzew kauczukowych? I podczas gdy cały świat jechał na kołach zrobionych z soku drzew Ameryki Południowej, profesor S.V. Lebedev odpowiedział: „To możliwe”. I wraz z grupą specjalistów zademonstrował światu piłkę wykonaną z syntetycznego kauczuku.

Pytanie o sam metal aktywny nie dotyczy ani pierwszego, ani drugiego przypadku. Jest wielu równych kandydatów do roli najbardziej aktywnego metalu, a poszukiwanie prawidłowej odpowiedzi nie przynosi praktycznych korzyści. Jest mało prawdopodobne, aby jakikolwiek naukowiec podjął się poważnych badań laboratoryjnych tylko po to, aby zaspokoić czyjąś próżną ciekawość.

Cóż, nawet jeśli tylko teoretycznie, czy nadal można dowiedzieć się, który metal jest najbardziej aktywny?

Co znaczy najbardziej aktywny? Atom dowolnej substancji składa się z jądra otoczonego chmurą elektronów. Elektrony krążą wokół jądra po ustalonych trajektoriach (orbitalach). Czasami orbitale nazywane są również poziomami energii lub powłokami.

Już sama natura postanowiła, że ​​na dowolnym poziomie energetycznym atomu pierwiastka może znajdować się nie więcej niż pewna liczba elektronów. Poziomy, które mają już tę maksymalną kwotę, uważa się za ukończone. Jednak wraz z ukończonymi poziomami, w każdym elemencie (poza gazami szlachetnymi) znajduje się jeszcze jeden, niewypełniony.

Atom dąży do wypełnienia wszystkich swoich powłok elektronowych. A gdy tylko nadarzy się okazja, atom natychmiast odda swoje elektrony z poziomu zewnętrznego lub przejmie cudze. Wszystko zależy od konkretnego pierwiastka i budowy jego zewnętrznej powłoki elektronowej.

Pierwiastek, który musi zyskać jeden elektron, poradzi sobie z tym zadaniem szybciej niż pierwiastek, który potrzebuje dwóch elektronów do wypełnienia poziomu. Ten, który jest szybszy, nazywany jest bardziej aktywnym.

Pierwiastki, które muszą zyskać jeden elektron, tworzą siódmą grupę układu okresowego: wodór, fluor, chlor, brom, jod, astat. nieseptyczny.

Spośród pierwiastków oddających swoje elektrony najbardziej aktywny będzie ten, który musi oddać tylko jeden elektron. Takie pierwiastki reprezentują pierwszą grupę układu okresowego: wodór, lit, sód, potas, rubid, cez, frans.

W poszukiwaniu metalu.

Zanim ustalimy, który z tych pierwiastków jest najbardziej aktywny, należy wykluczyć pierwiastki niebędące metalami. Atomowi fluoru brakuje jednego elektronu, aby ukończyć poziom zewnętrzny. Dwa atomy fluoru łączą się i odbierają sobie ten elektron. W rezultacie taki elektron staje się powszechny i ​​​​jest częścią już ukończonej powłoki. Wiązanie to nazywa się wiązaniem molekularnym i dwa atomy fluoru tworzą teraz cząsteczkę. Dwuatomowe cząsteczki fluoru są utrzymywane razem przez siły międzycząsteczkowe, tworząc substancję fluor.

Wszystkim elementom siódmej grupy brakuje jednego elektronu do ukończenia. Dlatego atomy tych pierwiastków są również połączone w cząsteczki dwuatomowe. Pierwiastki z grupy siódmej potrafią tworzyć wyłącznie wiązania molekularne, zatem nie mogą być metalami, gdyż metale to przede wszystkim pierwiastki, których budowa opiera się na „wiązaniach metalicznych”. W związku z tym nawet najbardziej aktywne elementy siódmej grupy są wykluczone i nie będą dalej rozpatrywane.

Pierwsza grupa. Połączenie metalowe.

Powłoka elektronowa atomu cezu zawiera 55 elektronów. 54 z nich utworzą wokół jądra gęstą chmurę elektronów, składającą się z pięciu ukończonych poziomów. Chmura ta zasłania niemal całą siłę przyciągania jądra, w wyniku czego pojedynczy elektron na zewnętrznym, szóstym poziomie jest bardzo słabo połączony z jądrem.

Atomy cezu grupują i przekazują swoje zewnętrzne elektrony do „wspólnej skarbonki”, próbując stworzyć kompletny szósty poziom. W procesie biorą udział wszystkie atomy, tworząc strukturę krystaliczną,

Gdy atomy zbliżają się do siebie, puste orbitale nakładają się na siebie w taki sposób, że powstają całe obszary, przez które elektron może się swobodnie poruszać. W rezultacie zewnętrzne elektrony opuszczają swoje orbitale i zaczynają poruszać się po objętości całego kryształu. Teraz nazywa się je „wolnymi” elektronami. i są rodzajem „cementu”, który spaja atomy.

Wiązanie powstające pomiędzy jonami (atomami, które oddały elektron) utrzymywanymi razem przez cement „wolnych” elektronów nazywa się wiązaniem metalicznym, a struktura nazywa się metaliczną.

Wszystkie pierwiastki pierwszej grupy (z wyjątkiem wodoru) są metalami, ponieważ dzięki pojedynczemu elektronowi na poziomie zewnętrznym są zorganizowane wyłącznie w strukturę metaliczną.

Właściwości pierwiastków pierwszej grupy są prawie takie same, ale w dół grupy te właściwości rosną. Z każdym okresem promień atomów staje się większy, co oznacza, że ​​elektron poziomu zewnętrznego jest słabiej przyciągany do jądra, a w konsekwencji wzrasta aktywność pierwiastka i właściwości metaliczne.

Teraz, gdy ogólny obraz jest jasny, pozostaje wykluczyć pierwiastki, których z tego czy innego powodu nie można nazwać najbardziej aktywnym metalem.

Wykluczamy wodór.

Poziom energetyczny wodoru zawiera tylko jeden elektron. Ten szczegół bardzo przypomina elementy z pierwszej grupy, ale na tym podobieństwa się kończą. Ponieważ przed wypełnieniem powłoki elektronowej atom wodoru również potrzebuje tylko jednego elektronu. A jeśli tak, to atomy wodoru w standardowych warunkach nie będą mogły utworzyć sieci krystalicznej z wiązaniem metalicznym.

Wykluczamy lit.

Wielu obserwatorów uważa lit za najbardziej aktywny metal. Potencjał jonizacji (szybkość, z jaką atom zamienia się w jon) litu jest najniższy w porównaniu z innymi metalami. Ale! Tylko w jednym przypadku: gdy lit zanurzy się w roztworze wodnym. Energia zużyta na jonizację litu będzie wymagała znacznie mniej niż energia zużyta na jonizację innych metali. Wyjaśnia to fakt, że energia jonizacji atomu w roztworze wodnym obejmuje sumę dwóch wielkości: potencjału jonizacji i energii hydratacji (oddziaływania z cząsteczkami wody).

Rozważając właściwości pierwiastków w grupach i okresach układu okresowego, punktem wyjścia jest warunek, że pierwiastki znajdują się w próżni, czyli nie oddziałują ze sobą. Zatem lit, rozpatrywany w świetle układu okresowego, nie może być najbardziej aktywnym metalem.

Wykluczamy sód, potas i rubid.

Właściwości metaliczne i reaktywność chemiczna rosną z każdym okresem. Oznacza to, że nawet rubid, pierwiastek piątego okresu, nie może być najbardziej aktywnym, nie mówiąc już o potacie i sodzie, pierwiastkach czwartego i trzeciego okresu.

Do roli najaktywniejszego metalu pozostało dwóch kandydatów: cez i frans. Uważam, że język francuski należy wykluczyć – to subiektywna opinia autora, która nie rości sobie prawa do jedynej słusznej. Radioaktywność fransu nie pozwala na otrzymanie substancji w ilościach makroskopowych, co znacznie komplikuje badania, a w konsekwencji dokładny opis jej właściwości.

Najbardziej aktywny metal.

Najbardziej aktywny metal można nazwać cezem. Otwarty w 1860 roku Naukowcy R. W. Bunsen i G. R. Kirchhoff cez stał się pierwszym pierwiastkiem odkrytym metodą analizy spektralnej. Dzięki dwóm jasnoniebieskim liniom w widmie emisyjnym nazwa pierwiastka pochodzi od łacińskiego słowa caesius, co oznacza błękit nieba.

Cez jest niezwykle aktywny: w powietrzu natychmiast utlenia się w wyniku zapalenia, tworząc nadtlenek. Reakcja z wodą zachodzi wybuchowo. Cez reaguje z lodem nawet w temperaturze -120°C. W warunkach ograniczonego dostępu do tlenu cez utlenia się do prostego tlenku. Jest to czasami stosowane, gdy konieczne jest wytworzenie absolutnej próżni w chronionym środowisku.

Cez jest poszukiwany w prawie wszystkich gałęziach nauki i przemysłu. Jednak wydobycie i pozyskiwanie cezu jest bardzo kosztownym biznesem. Dlatego cena cezu na rynkach jest dość wysoka. Okoliczność ta zobowiązuje nas do bardzo selektywnego i ostrożnego traktowania stosowania cezu.

Instrukcje

Weź układ okresowy i za pomocą linijki narysuj linię rozpoczynającą się w komórce z pierwiastkiem Be (Beryl) i kończącą się w komórce z pierwiastkiem At (Astat).

Elementy, które będą po lewej stronie tej linii, to metale. Co więcej, im „niżej i na lewo” znajduje się element, tym wyraźniejsze są jego właściwości metaliczne. Łatwo zauważyć, że w układzie okresowym takim metalem jest (Fr) – najbardziej aktywny metal alkaliczny.

W związku z tym elementy po prawej stronie linii mają właściwości. I tutaj również obowiązuje podobna zasada: im „wyżej i na prawo” od linii znajduje się element, tym silniejszy jest niemetal. Takim pierwiastkiem układu okresowego jest fluor (F), najsilniejszy utleniacz. Jest tak aktywny, że chemicy nadali mu pełne szacunku, choć nieoficjalne, imię: „Wszystko żuje”.

Mogą pojawić się pytania typu: „A co z elementami, które znajdują się na samej linii lub bardzo blisko niej?” Lub na przykład „Po prawej stronie i nad linią są chromowane, . Czy to naprawdę niemetale? Przecież wykorzystuje się je w produkcji stali jako dodatki stopowe. Wiadomo jednak, że nawet niewielkie zanieczyszczenia niemetalami powodują, że są one kruche. Faktem jest, że pierwiastki znajdujące się na samej linii (na przykład aluminium, german, niob, antymon) mają, czyli podwójny charakter.

Jeśli chodzi na przykład wanad, chrom, mangan, właściwości ich związków zależą od stopnia utlenienia atomów tych pierwiastków. Na przykład ich wyższe tlenki, takie jak V2O5, CrO3, Mn2O7, mają wyraźne . Dlatego znajdują się w pozornie „nielogicznych” miejscach układu okresowego. W swojej „czystej” postaci pierwiastki te są oczywiście metalami i mają wszystkie właściwości metali.

Źródła:

• metale w układzie okresowym

Dla uczniów uczących się przy stole Mendelejew - straszny sen. Nawet trzydzieści sześć elementów, które zwykle przypisują nauczyciele, skutkuje godzinami wyczerpującego wkuwania i bólów głowy. Wiele osób nawet nie wierzy, czego się uczyć tabela Mendelejew istnieje naprawdę. Jednak użycie mnemoników może znacznie ułatwić życie uczniom.

Instrukcje

Zapoznaj się z teorią i wybierz odpowiednią technikę. Zasady ułatwiające zapamiętywanie materiału, mnemoniki. Ich główną sztuczką jest tworzenie połączeń skojarzeniowych, gdy abstrakcyjne informacje są pakowane w jasny obraz, dźwięk, a nawet zapach. Istnieje kilka technik mnemonicznych. Możesz na przykład napisać historię z elementów zapamiętanych informacji, poszukać spółgłosek (rubid - przełącznik, cez - Juliusz Cezar), włączyć wyobraźnię przestrzenną lub po prostu rymować elementy układ okresowy Mendelejew.

Ballada o azocie Lepiej rymować elementy układu okresowego Mendelejewa ze znaczeniem, zgodnie z pewnymi cechami: na przykład wartościowością. Zatem zasady alkaliczne rymują się bardzo łatwo i brzmią jak piosenka: „Lit, potas, sód, rubid, cez frans”. „Magnez, wapń, cynk i bar – ich wartościowość jest równa parze” to niesłabnący klasyk szkolnego folkloru. Na ten sam temat: „Sód, potas i srebro są jednowartościowe” oraz „Sód, potas i argent są jednowartościowe”. Kreatywność, w przeciwieństwie do wkuwania, które trwa najwyżej kilka dni, pobudza pamięć długotrwałą. Oznacza to więcej o aluminium, wierszach o azocie i piosenkach o wartościowości – a zapamiętywanie będzie działać jak w zegarku.

Kwasowy thriller Aby ułatwić zapamiętywanie, pojawia się pomysł, w którym elementy układu okresowego zamieniają się w bohaterów, detale krajobrazu czy elementy fabuły. Oto na przykład dobrze znany tekst: „Azjaci (azot) zaczęli wlewać wodę (litową) (wodór) do lasu sosnowego (bor). Ale to nie jego (neonu) potrzebowaliśmy, ale Magnolii (magnezu).” Można ją uzupełnić historią Ferrari (żelazo – żelazo), w której tajny agent „Chlor zero siedemnaście” (17 – numer seryjny chlor), aby złapać maniaka Arsenija (arsen - arsenicum), który miał 33 zęby (33 - numer seryjny arsenu), ale coś kwaśnego dostało się do jego ust (tlen), było to osiem zatrutych kul (8 - numer seryjny tlen )... Możesz kontynuować w nieskończoność. Nawiasem mówiąc, powieść napisaną w oparciu o układ okresowy można przypisać nauczycielowi literatury jako tekst eksperymentalny. Pewnie jej się to spodoba.

Zbuduj pałac pamięci To jedna z nazw dość skutecznej techniki zapamiętywania, gdy włączone jest myślenie przestrzenne. Jego sekret polega na tym, że każdy z nas może łatwo opisać swój pokój lub drogę z domu do sklepu, szkoły itp. Aby stworzyć ciąg elementów, należy je rozmieścić wzdłuż drogi (lub w pomieszczeniu) i bardzo wyraźnie, wyraźnie, namacalnie zaprezentować każdy element. Oto chuda blondynka o pociągłej twarzy. Ciężki pracownik, który kładzie płytki, to krzem. Grupa arystokratów w drogim samochodzie - gazy obojętne. I oczywiście balony z helem.

notatka

Nie ma potrzeby zmuszać się do zapamiętywania informacji na kartach. Najlepiej jest powiązać każdy element z pewnym jasnym obrazem. Krzem - z Doliną Krzemową. Litowe – z włożonymi bateriami litowymi telefon komórkowy. Opcji może być wiele. Ale połączenie obrazu wizualnego, mechanicznego zapamiętywania i wrażenia dotykowego szorstkiej lub, odwrotnie, gładkiej, błyszczącej karty pomoże Ci łatwo wydobyć najdrobniejsze szczegóły z głębi pamięci.

Pomocna rada

Możesz narysować te same karty z informacjami o pierwiastkach, jakie miał Mendelejew w swoim czasie, ale uzupełnij je jedynie nowoczesnymi informacjami: na przykład liczbą elektronów na poziomie zewnętrznym. Wszystko, co musisz zrobić, to rozłożyć je przed pójściem spać.

Źródła:

• Mnemoniczne reguły chemii
• jak zapamiętać układ okresowy

Problem definicji nie jest bezczynny. Nie będzie to przyjemne, jeśli w sklepie jubilerskim będą chcieli dać ci zwykłą podróbkę zamiast drogiego złotego przedmiotu. Czy nie jest to interesujące z jakiego powodu metal zrobione nie na zamówienie część samochodowa lub znaleziony antyk?

Instrukcje

Tutaj na przykład określa się obecność miedzi w stopie. Nakładać na czyszczoną powierzchnię metal kropla (1:1) kwasu azotowego. W wyniku reakcji zacznie się wydzielać gaz. Po kilku sekundach przetrzyj kroplę bibułą filtracyjną, a następnie przytrzymaj ją nad miejscem, w którym znajduje się stężony roztwór amoniaku. Miedź zareaguje, nadając plamie ciemnoniebieski kolor.

Oto jak odróżnić brąz od mosiądzu. Kawałek wiórów metalowych lub trocin umieszczamy w zlewce zawierającej 10 ml roztworu (1:1) kwasu azotowego i przykrywamy szkłem. Poczekaj chwilę, aż całkowicie się rozpuści, a następnie podgrzej powstały płyn prawie do wrzenia przez 10-12 minut. Biała pozostałość będzie przypominać brąz, ale zlewka z mosiądzem pozostanie.

Nikiel można oznaczyć w podobny sposób jak miedź. Na powierzchnię nanieść kroplę roztworu kwasu azotowego (1:1). metal i poczekaj 10-15 sekund. Przetrzyj kroplę bibułą filtracyjną, a następnie przytrzymaj ją nad stężonymi parami amoniaku. Na powstałą ciemną plamę nałóż 1% roztwór dimetyloglioksyny w alkoholu.

Nikiel „zasygnalizuje” Cię swoim charakterystycznym czerwonym kolorem. Ołów można oznaczyć za pomocą kryształów kwasu chromowego i naniesionych na nie kropli schłodzonego kwasu octowego, a po minucie kropli wody. Jeśli zobaczysz żółty osad, wiesz, że jest to chromian ołowiu.

Określenie obecności żelaza jest również łatwe. Weź kawałek metal i ogrzać w kwasie solnym. Jeżeli wynik jest pozytywny należy pokolorować zawartość kolby żółty. Jeśli nie jesteś dobry z chemią, weź zwykły magnes. Wiedz, że przyciągają do niego wszystkie stopy zawierające żelazo.

Zgodnie z ogólnie przyjętymi poglądami kwasy są substancjami złożonymi składającymi się z jednego lub więcej atomów wodoru, które można zastąpić atomami metali i resztami kwasowymi. Dzielą się na beztlenowe i zawierające tlen, jednozasadowe i wielozasadowe, mocne, słabe itp. Jak ustalić, czy substancja ma właściwości kwasowe?

Będziesz potrzebować

• - papierek wskaźnikowy lub roztwór lakmusowy;
• - kwas solny (najlepiej rozcieńczony);
• - węglan sodu w proszku (soda kalcynowana);
• - trochę azotanu srebra w roztworze;
• - kolby lub zlewki płaskodenne.

Instrukcje

Pierwszym i najprostszym badaniem jest badanie przy użyciu wskaźnikowego papierka lakmusowego lub roztworu lakmusowego. Jeśli pasek papieru lub roztwór ma różowy odcień, co oznacza, że ​​​​badana substancja zawiera jony wodoru, a to jest pewny znak kwasu. Łatwo zrozumieć, że im intensywniejszy kolor (aż do czerwono-bordowego), tym jest bardziej kwaśny.

Jest wiele innych sposobów sprawdzenia. Na przykład masz za zadanie określić, czy klarowna ciecz to kwas solny. Jak to zrobić? Znasz reakcję na jon chlorkowy. Wykrywa się go poprzez dodanie nawet najmniejszej ilości roztworu lapisu – AgNO3.

Do osobnego pojemnika wlej część badanego płynu i wlej do niego odrobinę roztworu lapisu. W takim przypadku natychmiast powstanie „zsiadły” biały osad nierozpuszczalnego chlorku srebra. Oznacza to, że w cząsteczce substancji zdecydowanie znajduje się jon chlorkowy. Ale może to jednak nie jest roztwór jakiejś soli zawierającej chlor? Na przykład chlorek sodu?

Pamiętaj o innej właściwości kwasów. Silne kwasy (a kwas solny jest oczywiście jednym z nich) mogą wypierać z nich słabe kwasy. Do kolby lub zlewki wsyp odrobinę proszku sodowego – Na2CO3 i powoli dodawaj badaną ciecz. Jeśli natychmiast rozlegnie się syczący dźwięk, a proszek dosłownie „zagotuje się”, nie pozostanie żadna wątpliwość - jest to kwas solny.

Każdemu elementowi w tabeli przypisany jest konkretny numer seryjny (H – 1, Li – 2, Be – 3 itd.). Liczba ta odpowiada jądru (liczbie protonów w jądrze) i liczbie elektronów krążących wokół jądra. Liczba protonów jest zatem równa liczbie elektronów, co oznacza, że ​​w normalnych warunkach atom jest pod napięciem elektrycznym.

Podział na siedem okresów następuje według liczby poziomów energetycznych atomu. Atomy pierwszego okresu mają jednopoziomową powłokę elektronową, drugi - dwupoziomową, trzeci - trzypoziomową itd. Kiedy nowy poziom energii zostanie wypełniony, rozpoczyna się nowy okres.

Pierwsze pierwiastki dowolnego okresu charakteryzują się atomami, które mają jeden elektron na poziomie zewnętrznym - są to atomy metali alkalicznych. Okresy kończą się atomami gazów szlachetnych, które mają zewnętrzny poziom energii całkowicie wypełniony elektronami: w pierwszym okresie gazy szlachetne mają 2 elektrony, w kolejnych okresach – 8. To właśnie ze względu na podobną budowę powłok elektronowych grupy pierwiastków mają podobną fizykę.

W tabeli D.I. Mendelejew ma 8 głównych podgrup. Liczba ta jest określana przez maksymalną możliwą liczbę elektronów na poziomie energetycznym.

Na dole układu okresowego lantanowce i aktynowce rozróżnia się jako niezależne serie.

Korzystanie z tabeli D.I. Mendelejewa można zaobserwować okresowość następujących właściwości pierwiastków: promień atomowy, objętość atomowa; potencjał jonizacji; siły powinowactwa elektronowego; elektroujemność atomu; ; właściwości fizyczne potencjalnych związków.

Wyraźnie identyfikowalna okresowość rozmieszczenia elementów w tabeli D.I. Mendelejewa można racjonalnie wytłumaczyć sekwencyjną naturą wypełniania poziomów energii elektronami.

Źródła:

• Tablica Mendelejewa

Prawo okresowości, które jest podstawą współczesnej chemii i wyjaśnia wzorce zmian właściwości pierwiastków chemicznych, odkrył D.I. Mendelejew w 1869 r. Fizyczne znaczenie tego prawa można odkryć, badając złożoną strukturę atomu.

W XIX wieku wierzono, że masa atomowa to masa główna cecha pierwiastek, dlatego zastosowano go do klasyfikacji substancji. Obecnie atomy definiuje się i identyfikuje na podstawie ilości ładunku w ich jądrze (liczba i liczba atomowa w układzie okresowym). Jednak masa atomowa pierwiastków, z pewnymi wyjątkami (na przykład masa atomowa jest mniejsza niż masa atomowa argonu), wzrasta proporcjonalnie do ich ładunku jądrowego.

Wraz ze wzrostem masy atomowej obserwuje się okresową zmianę właściwości pierwiastków i ich związków. Są to metaliczność i niemetaliczność atomów, promień atomowy, potencjał jonizacji, powinowactwo elektronowe, elektroujemność, stany utlenienia, związki (temperatura wrzenia, temperatura topnienia, gęstość), ich zasadowość, amfoteryczność czy kwasowość.

Ile pierwiastków znajduje się we współczesnym układzie okresowym

Układ okresowy graficznie wyraża odkryte przez niego prawo. Współczesny układ okresowy zawiera 112 pierwiastków chemicznych (ostatnie to Meitner, Darmstadt, Roentgen i Copernicium). Według najnowszych danych odkryto także kolejnych 8 pierwiastków (aż do 120 włącznie), jednak nie wszystkie otrzymały swoje nazwy, a pierwiastków tych wciąż jest w jakimkolwiek nielicznym publikacje drukowane są obecni.

Każdy pierwiastek zajmuje określoną komórkę w układzie okresowym i ma swój własny numer seryjny, odpowiadający ładunkowi jądra jego atomu.

Jak zbudowany jest układ okresowy?

Strukturę układu okresowego reprezentuje siedem okresów, dziesięć rzędów i osiem grup. Rozpoczyna się każdy okres metal alkaliczny i kończy się gazem szlachetnym. Wyjątkami są pierwszy okres, który rozpoczyna się od wodoru, oraz siódmy okres niepełny.

Okresy dzielą się na małe i duże. Małe okresy (pierwszy, drugi, trzeci) składają się z jednego poziomego rzędu, duże okresy (czwarty, piąty, szósty) - z dwóch poziomych rzędów. Górne rzędy w dużych okresach nazywane są parzystymi, dolne rzędy nazywane są nieparzystymi.

W szóstym okresie tabeli po (numer seryjny 57) znajduje się 14 pierwiastków o właściwościach podobnych do lantanu - lantanowce. Są one wymienione na dole tabeli w osobnej linii. To samo dotyczy aktynowców znajdujących się po aktynie (o numerze 89) i w dużej mierze powtarzających jego właściwości.

Parzyste rzędy dużych kropek (4, 6, 8, 10) są wypełnione wyłącznie metalami.

Pierwiastki w grupach wykazują tę samą wartościowość w tlenkach i innych związkach, a ta wartościowość odpowiada numerowi grupy. Główne zawierają elementy małych i dużych okresów, tylko duże. Od góry do dołu wzmacniają, niemetaliczne osłabiają. Wszystkie atomy podgrup bocznych są metalami.

Układ okresowych pierwiastków chemicznych stał się jednym z najważniejszych wydarzeń w historii nauki i przyniósł światową sławę jego twórcy, rosyjskiemu naukowcowi Dmitrijowi Mendelejewowi. Ten niezwykły człowiek zdołał połączyć wszystkie pierwiastki chemiczne w jedną koncepcję, ale jak udało mu się otworzyć swój słynny stół?