Підручники з Хімії / Хімія 8 клас / Ярошенко Хімія 8 клас. 2021

§ 3.

кількість відомих хімічних елементів досягла 63, а речовин — сотень тисяч. Погодьтеся, така кількість елементів та сполук потребувала певної класифікації, бо працювати з розрізненою невпорядкованою інформацією ставало дедалі важче, а вивчати хімію (як і будь-яку іншу науку) лише шляхом запам’ятовування — взагалі неможливо.

Перші класифікації будь-чого зазвичай недосконалі. Так, у біології види тварин спочатку класифікували за середовищем їхнього життя. Тому кити спершу були віднесені до риб, а не до ссавців.

Зробимо екскурс в історію хімії та з’ясуємо, до яких класифікацій хімічних елементів удавалися в різні часи.

ПЕРША КЛАСИФІКАЦІЯ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ. Одна з перших класифікацій (1786–1787 рр.) належить французькому вченому Антуану Лавуазьº, який поділив відомі на той час елементи на металічні й металоїди (у сучасній хімії — неметалічні) за властивостями простих речовин, що утворюються з їхніх атомів. Тобто в основу першої класифікації був покладений поділ простих речовин за їхніми фізичними властивостями (мал. 5).

Цей поділ існує і дотепер. Хоча добре відомо, що він недосконалий,боєелементи,яківиявляютьіметалічні, і неметалічні хімічні властивості. Наприклад, Йод належить до неметалічних елементів, хоча утворена ним

1 Фàкти — це реальні, невигадані події або явища.

21

марганець нікель молібден свинець

Метали й неметали

ТРІАДИ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ. У 1829 р. німецький хімік Йоганн Деберåйнер повідомив про те, що він виділив 5 груп із трьох хімічно подібних елементів у кожній. Такі групи він назвав тріадами.

Йоганну Деберейнеру вдалося встановити перші закономірності в зміні властивостей елементів. Він зауважив: якщо розташувати три подібні за хімічними властивостями елементи за зростанням їх атомної ваги (так на той час називали атомну масу), то атомна вага другого (середнього) елемента дорівнюватиме середньому арифметичному атомної ваги першого і третього.

22

ОКТАВИ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ. У 1863 р. англійський хімік Джон Ньþлендс помітив: якщо розташувати елементи за збільшенням атомної маси (на той час вона мала назву «атомна вага»), то кожний восьмий елемент буде подібним до першого (відлік вели від якого завгодно обраного для початку елемента). Учений образно порівняв цей факт із музичною октавою (окта перекладається з латини як восьма).

Як бачите, елементи природної родини галогенів Флуор і Хлор відповідають ноті до, а символи лужних елементів Натрій і Калій —

ноті ре (мал. 6). Однак у вигляді октав ученому вдалося розта-

шувати лише 18 хімічних елементів. А далі закономірність порушувалася, тому про це відкриття швидко забули.

галогени (Флуор, Хлор, Бром, Йод, Астат);

інертні елементи (Гелій, Неон, Аргон, Криптон, Ксенон, Радон).

Про особливості речовин, утворених цими елементами, ви дізнаєтесь більше в наступних параграфах.

Об’єднання в природні родини стало кроком у розвитку класифікації хімічних елементів. Проте недосконалість цієї класифікації полягає в тому, що вона не стосується всіх хімічних елементів і в ній не простежується зв’язок між окремими групами.

23

ТАБЛИЦЯ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ЛОТАРА МЕЙЄРА. Найбільше наблизився до відкриття закону, що пояснював би властивості всіх хімічних елементів та класифікував їх, німецький учений Лотар Мåйєр, який у 1864 р. розмістив елементи за зростанням атомних мас і розподілив їх на 6 груп за валентністю. Проте вчений не зміг узагальнити одержані на основі спостережень результати та встановити закономірність, що стосується всіх елементів.

У розглянутих класифікаціях учені брали за основу поділу хімічних елементів на групи подібність складу та властивостей утворених ними простих і складних речовин. Цей шлях виявився недосконалим і не дав змоги класифікувати всі хімічні елементи.

Тепер ви пересвідчились, наскільки тривалим і складним був пошук універсальної класифікації хімічних елементів.

Російський хімік Дмитро Іванович Менделºєв, на відміну від своїх попередників звернув увагу на відмінності фізико-хімічних властивостей елементів і їхніх сполук. Завдяки цьому вчений у 1869 р. відкрив загальний закон природи — періодичний закон.

Користуючись періодичною системою як довідковою, випишіть у зошит символи й порядкові номери хімічних елементів трьох груп — лужних, галогенів та інертних.

Стисло про основне

Кожна наука починається з накопичення фактів, які з часом учені класифікують — поділяють за певними ознаками на окремі групи.

В основу класифікації хімічних елементів на металічні та неметалічні покладено подібність властивостей сполук кожної групи.

На підставі подібності властивостей хімічних елементів і їхніх сполук виділено такі групи: лужні елементи, галогени, інертні елементи.

У ХІХ ст. вчені Йоганн Деберейнер, Джон Ньюлендс, Лотар Мейєр доповнили хімію новими класифікаціями хімічних елементів, у яких, проте, не простежувався зв’язок між їхніми окремими групами.

До відкриття Дмитром Івановичем Менделєєвим періодичного закону знання про хімічні елементи існували як факти, не пов’язані в єдине ціле.

24

Знаємо, розуміємо

Пригадайте та назвіть відомі вам класифікації в інших науках.

За якими ознаками елементи було поділено на металічні та неметалічні? У чому недосконалість цієї класифікації?

За якими ознаками укладено класифікації елементів на тріади, октави?

Назвіть групи хімічних елементів, про які ви дізналися. Що стало загальною ознакою для їх класифікації?

Застосовуємо

Випишіть у хронологічному порядку зазначену в параграфі інформацію про кількість відомих у різні роки ХVIII–ХІХ століть хімічних елементів.

Розробіть і самостійно заповніть таблицю «З історії класифікації хімічних елементів».

§ 4.

елементів, — метали сріблясто-білого (цезій — золотисто-жовтого) кольору з яскраво вираженим металічним блиском. Вони настільки м’які, що легко ріжуться ножем (мал. 7).

Натрій — м’який метал

25

У природі лужні метали відсутні, проте є способи, якими їх можна одержати зі складних речовин. Та через високу хімічну активність вони не можуть зберігатися відкрито на повітрі, тому що відразу вступають у хімічні реакції з киснем, водою, що входять до його складу (мал. 8, а; 8, в). Тому лужні метали зберігають під шаром гасу (мал. 8, б), парафіну тощо із суворим дотриманням правил пожежної безпеки.

Реакція натрію з киснем (а); зберігання натрію під шаром гасу (б); горіння натрію в сірці (в)

Лужні метали належать до легких та легкоплавких речовин, мають високі теплопровідність й електропровідність. Тобто це типові метали, фізичні властивості яких багато в чому подібні.

Проте «подібний» не означає «однаковий». На підтвердження цього

розгляньте таблицю 3.

Таблиця 3

Деякі відомості про лужні елементи й утворені ними прості речовини

26

Попрацюйте групами

Використайте таблицю 3 для відповідей на запитання і переконайтесь, що за подібністю фізичних властивостей простих речовин хімічні елементи Літій, Натрій, Калій, Рубідій і Цезій не випадково об’єднані в одну групу:

1.Чи підтверджується подана в тексті інформація про невисокі температури

плавлення та кипіння лужних металів? (Для порівняння: температура плавлення міді — 1083 С, заліза — 1539 С.)

2.Який з лужних металів має найнижчу температуру плавлення? (Порівняйте її з температурою тіла людини.)

3.До легких чи важких металів належать лужні метали? (Зауважте, що метали з густиною до 5 г/см3 називають легкими.)

МІСЦЕ ЛУЖНИХ МЕТАЛІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ У ПЕРІОДИЧНІЙ СИСТЕМІ. У таблиці періодичної системи Літій має порядковий номер 3, Натрій — 11, Калій — 19, Рубідій — 37, Цезій — 55, Францій — 87. Придивіться уважніше до періодичної системи та спробуйте знайти спіль-

них хімічних елементів змінюються властивості утворених ними простих речовин. Скористайтеся ще раз та-

блицею 3 і спробуйте встановити закономірність у зміні фізичних властивостей лужних металів зі збільшенням порядкового номера елемента.

ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЛУЖНИХ МЕТАЛІВ. У хімічних властивостях простих речовин, утворених лужними хімічними елементами, також простежуються закономірності. Розглянемо деякі з них.

Лужні метали — надзвичайно активні прості речовини.

1. Взаємодія з киснем. На повітрі за кімнатної температури вони окиснюються та утворюють оксиди.

4Li + O2 = 2Li2O

літій оксид

Інші лужні метали утворюють ще й пероксиди.

27

настільки висока, що ці метали горять без попереднього нагрівання.

2. Взаємодія з водою. Усі лужні метали взаємодіють з водою та утворюють розчинні гідроксиди — луги. Реакція супроводжується виділен-

ням водню й теплоти (мал. 9).

Лужні метали мають яскраво виражені фізичні властивості металів — блиск, теплопровідність, електропровідність тощо.

KУ періодичній системі лужні металічні елементи розташо-

вані на початку періодів (крім першого) і входять у І групу.

28

Сторінка ерудита

Якщо про залізо, золото, срібло, мідь та деякі інші метали людина знала з дав- ніх-давен, то цього не можна сказати про лужні метали. Причина полягає в їх надзвичайно високій активності. Тривалий час спроби добути натрій чи калій традиційними методами з їхніх солей, зокрема натрій хлориду, калій хлориду чи калій карбонату, лишалися марними. І тільки 1808 р. англійський учений Гемфрі Дåві (1778–1829) повідомив про відкриття нових елементів — Натрію та Калію.

Як йому це вдалося? Учений скористався постійним електричним струмом і провів електроліз (розклад електричним

струмом) лугів NaOH, KOH. Біля негативно зарядженого електрода в розплаві лугу Гемфрі Деві спостерігав появу кульок із сильним металічним блиском, які

за зовнішнім виглядом нагадували ртуть. Частина з них згорала яскравим полум’ям, і горіння супроводжувалося вибухом, а частина досить швидко тьмяніла. Причиною такого явища була хімічна активність лужних металів. Тож не випадково ці метали зберігають у запаяних ампулах або під шаром гасу, що унеможливлює їх безпосередню взаємодію з іншими речовинами. Після проведення багатьох дослідів учений переконався в тому, що добув у вільному стані метали калій і натрій. Після вивчення їхніх властивостей він повідомив про своє відкриття. Через 10 років було відкрито літій, а через півстоліття — рубідій та цезій. Представник групи лужних металів — францій — був відкритий через 132 роки після відкриття натрію та калію французькою дослідницею Маргаритою Перåй (1909–1975), ученицею Марії Склодовської-Кюрі. Вона назвала його на честь своєї батьківщини.

Знаємо, розуміємо

Які лужні метали легші за воду?

Як змінюється температура плавлення та кипіння лужних металів від літію до францію?

Чому з лужних металів не виготовлено жодної металевої конструкції, металевого виробу?

Що спільного в розташуванні лужних елементів у періодичній системі?

Проаналізуйте твердження та оберіть те, яке ви вважаєте правильним.

Твердження 1. Хімічна активність калію більша, ніж літію.

Твердження 2. Зі збільшенням порядкового номера хімічних елементів температура плавлення лужних металів збільшується.

Як зі збільшенням відносних атомних мас змінюються хімічні властивості лужних металів? Підтвердьте прикладами.

29

Застосовуємо

Перетворіть напівсхеми та схеми хімічних реакцій на рівняння. Rb + H2O … + H2

Cs + Cl2

Li2O + H2O …

Na + N2 NaxNy Увідповідніть символи та назви лужних елементів.

Укажіть формулу сполуки з найбільшою масовою часткою Калію.

Розмістіть лужні елементи за ЗБІЛЬШЕННЯМ відносної атомної маси.

§ 5.

30