Најважније из лекције
Кључни закључци:
- Подела елемената: Метали (већина елемената, лева страна), неметали (десна страна), племенити гасови (посебна група неметала са стабилном конфигурацијом) и металоиди (прелазна својства).
- Закон периодичности: Елементи исте групе имају слична хемијска својства, а својства се периодично мењају дуж периоде са порастом атомског броја.
- Енергија јонизације: Најмању имају алкални метали (1. група), а највећу племенити гасови (18. група); дуж периоде слева надесно у општем смеру расте.
- Реактивност: Метали исте групе реагују слично (нпр. \(\text{Na}\) и \(\text{K}\) бурно са хладном водом), док дуж периоде реактивност метала опада (\(\text{Na} > \text{Mg} > \text{Al}\)). Код халогена у групи реактивност расте одоздо према горе (\(\text{Cl}_2 > \text{Br}_2 > \text{I}_2\)), при чему реактивнији халоген истискује мање реактиван из соли.
- Оксиди: Оксиди метала дају базне растворе (нпр. \(\text{Na}_2\text{O}\)), а оксиди неметала дају киселе растворе (нпр. \(\text{SO}_3\)).
Класификација елемената: Сви хемијски елементи сврставају се у три основне групе:
- Метали – налазе се са леве стране и у средишњем делу Периодног система; по броју су најбројнији.
- Неметали – налазе се са десне стране Периодног система; знатно су заступљенији у природи од метала. Посебну групу неметала чине племенити гасови.
- Металоиди – смештени су на граници између метала и неметала и показују прелазна својства (и метала и неметала).
Закон периодичности: Елементи исте групе Периодног система елемената имају слична физичка и хемијска својства, док се дуж периоде физичка и хемијска својства елемената периодично мењају са порастом атомског броја.
Периодично се мењају многа својства: атомски полупречник, енергија јонизације, афинитет према електрону, метални/неметални карактер, реактивност, густина, тачка топљења и тврдоћа.
Дмитриј Мендељејев је на основу закона периодичности предвидео постојање и тачна својства тада још неоткривених елемената. На пример, његово теоријско предвиђање својстава „ека-силицијума” готово у потпуности се поклопило са касније експериментално утврђеним својствима германијума (\(\text{Ge}\)): предвидео је густину од \(5{,}5\text{ g/cm}^3\) (измерено \(5{,}35\text{ g/cm}^3\)) и формулу оксида \(XO_2\) (\(\text{GeO}_2\)).
Којој групи елемената припадају силицијум (\(\text{Si}\)) и арсен (\(\text{As}\)), а којој неон (\(\text{Ne}\))?
Силицијум и арсен припадају металоидима (полуметалима), док неон припада неметалима, тачније подгрупи племенитих гасова.
Енергија јонизације представља меру тежиње атома да отпусти електрон и директно зависи од његове електронске конфигурације.
Правилности промене енергије јонизације:
- Минимуми вредности припадају алкалним металима (елементима 1. групе: \(\text{Li, Na, K, Rb, Cs}\)), јер лако отпуштају један валентни електрон.
- Максимуми вредности припадају племенитим гасовима (елементима 18. групе: \(\text{He, Ne, Ar, Kr, Xe}\)), јер имају стабилну електронску конфигурацију.
- Дуж периоде (слева надесно), вредност прве енергије јонизације у општем случају расте (уз мања одступања код елемената са потпуно попуњеним \(s\)-поднивоом или полупопуњеним \(p\)-поднивоом).
Сличан периодични тренд промене дуж периода и група показује и афинитет према електрону.
Који елемент има већу енергију јонизације: натријум (\(\text{Na}\)) или аргон (\(\text{Ar}\))? Обраложите одговор.
Аргон има знатно већу енергију јонизације од натријума. Оба елемента налазе се у истој (3.) периоди, а енергија јонизације расте дуж периоде слева надесно, при чему племенити гасови (попут \(\text{Ar}\)) имају максималне вредности због веома стабилног октета.
Реактивност метала дуж периоде и групе:
- Унутар исте групе: Метали показују слично понашање. Натријум (\(\text{Na}\)) и калијум (\(\text{K}\)), као алкални метали, burnо реагују већ са хладном водом.
- Дуж исте периоде: Реактивност метала према води изразито опада слева надесно. У 3. периоди:
\(\text{Na}\) – бурно реагује са хладном водом;
\(\text{Mg}\) – не реагује видљиво са хладном, али приметно реагује са загрејаном водом;
\(\text{Al}\) – не показује видљиву реакцију чак ни при загревању (због заштитног оксидног слоја).
Реактивност неметала (халогена) у групи:
- Реактивност халогених елемената (17. група) расте одоздо ка врху групе: \(\text{I}_2 < \text{Br}_2 < \text{Cl}_2 < \text{F}_2\).
- Хлор (\(\text{Cl}_2\)) је реактивнији од брома и јода, па их истискује из њихових соли (бромида и јодида).
- Бром (\(\text{Br}_2\)) истискује мање реактиван јод из јодида, али не може да истисне хлор.
- Јод (\(\text{I}_2\)) не може да истисне ни хлор ни бром из њихових једињења.
Шта ће се догодити ако се раствору калијум-јодида (\(\text{KI}\)) дода хлорна вода (\(\text{Cl}_2\))? Напишите закључак на основу реактивности халогена.
Доћи ће до хемијске реакције у којој хлор истискује јод из раствора соли, зато што је хлор реактивнији неметал од јода. Из раствора се ослобађа елементарни јод (\(\text{I}_2\)).
Дуж периоде с лева на десно (од 1. ка 18. групи):
- метални карактер опада;
- неметални карактер расте.
Кисело-базна својства оксида: Природа оксида елемената прати промену металног/неметалног карактера:
- Оксиди изразитих метала (нпр. \(\text{Na}_2\text{O}, \text{CaO}\)) у реакцији са водом граде базе (базни оксиди).
- Оксиди изразитих неметала (нпр. \(\text{P}_4\text{O}_{10}\) односно \(\text{P}_2\text{O}_5\), \(\text{SO}_3\)) у реакцији са водом граде киселине (кисели оксиди).
Посматрајмо елементе 3. периоде: \(\text{Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl}\).
\(\text{Na}\) и \(\text{Mg}\) се налазе на почетку периоде и граде оксиде који са водом дају базе. С друге стране, \(\text{P}\) и \(\text{S}\) се налазе у десном делу периоде и њихови оксиди са водом граде киселине. Ово јасно доказује прелаз са металног на неметални карактер дуж периоде.
\(\text{Na}\) и \(\text{Mg}\) се налазе на почетку периоде и граде оксиде који са водом дају базе. С друге стране, \(\text{P}\) и \(\text{S}\) се налазе у десном делу периоде и њихови оксиди са водом граде киселине. Ово јасно доказује прелаз са металног на неметални карактер дуж периоде.
Дата су два оксида: \(\text{K}_2\text{O}\) и \(\text{SO}_3\). Који од њих растварањем у води даје раствор базног карактера, а који киселог карактера?
\(\text{K}_2\text{O}\) је оксид метала (калијума) и растварањем у води даје базу (раствор је базан).
\(\text{SO}_3\) је оксид неметала (сумпора) и у реакцији са водом даје сумпорну киселину (раствор је кисео).
\(\text{SO}_3\) је оксид неметала (сумпора) и у реакцији са водом даје сумпорну киселину (раствор је кисео).
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Атом неког елемента \(E\) има 17 електрона. Који од наведених елемената (према атомском броју) показује најсличнија хемијска својства елементу \(E\)?
а) \(Z = 11\) б) \(Z = 12\) в) \(Z = 9\) г) \(Z = 10\) д) \(Z = 13\)
а) \(Z = 11\) б) \(Z = 12\) в) \(Z = 9\) г) \(Z = 10\) д) \(Z = 13\)
Елемент са 17 електрона има атомски број \(Z = 17\) (хлор), што значи да се налази у 17. групи Периодног система.
Елементи исте групе имају слична својства. Елемент са \(Z = 9\) је флуор, који се такође налази у 17. групи (халогени елементи).
Тачан одговор: под в) 9.
Елементи исте групе имају слична својства. Елемент са \(Z = 9\) је флуор, који се такође налази у 17. групи (халогени елементи).
Тачан одговор: под в) 9.
Задатак 2 (средњи): У три епрувете налазе се водени раствори соли: натријум-хлорид (\(\text{NaCl}\)), натријум-бромид (\(\text{NaBr}\)) и натријум-јодид (\(\text{NaI}\)). У сваку епрувету додато је неколико капи бромне воде (\(\text{Br}_2\)). У којим епруветама ће доћи до хемијске реакције? Обраложити одговор.
Хемијска реакција ће се одиграти само у епрувети са натријум-јодидом (\(\text{NaI}\)).
Образложење: Реактивност халогена опада у групи од врха ка дну (\(\text{Cl} > \text{Br} > \text{I}\)). Бром је реактивнији од јода и истискује га из његове соли. Међутим, бром је мање реактиван од хлора, па не може истиснути хлор из \(\text{NaCl}\), а са сопственим јодима (\(\text{NaBr}\)) не даје нову реакцију.
Образложење: Реактивност халогена опада у групи од врха ка дну (\(\text{Cl} > \text{Br} > \text{I}\)). Бром је реактивнији од јода и истискује га из његове соли. Међутим, бром је мање реактиван од хлора, па не може истиснути хлор из \(\text{NaCl}\), а са сопственим јодима (\(\text{NaBr}\)) не даје нову реакцију.
Задатак 3 (средњи): Како се мењају следећа својства елемената дуж 3. периоде (од \(\text{Na}\) до \(\text{Cl}\)):
а) метални карактер;
б) вредност прве енергије јонизације;
в) реактивност метала према води?
а) метални карактер;
б) вредност прве енергије јонизације;
в) реактивност метала према води?
Дуж периоде слева надесно:
а) метални карактер опада (расте неметални карактер);
б) прва енергија јонизације у општем случају расте;
в) реактивност метала према води изразито опада (\(\text{Na}\) реагује веома бурно, \(\text{Mg}\) тек при загревању, док \(\text{Al}\) не реагује).
а) метални карактер опада (расте неметални карактер);
б) прва енергија јонизације у општем случају расте;
в) реактивност метала према води изразито опада (\(\text{Na}\) реагује веома бурно, \(\text{Mg}\) тек при загревању, док \(\text{Al}\) не реагује).
Задатак 4 (тежак): Елементи \(A\) и \(B\) налазе се у истој периоди. Елемент \(A\) са водом реагује бурно на собној температури градећи раствор који фенолфталеин боји у љубичасто. Оксид елемента \(B\) реагује са водом дајући киселину.
1) У ком делу периоде (левом или десном) се налази елемент \(A\), а у ком елемент \(B\)?
2) Који од ова два елемента има већу енергију јонизације?
1) У ком делу периоде (левом или десном) се налази елемент \(A\), а у ком елемент \(B\)?
2) Који од ова два елемента има већу енергију јонизације?
1) Елемент \(A\) је изразит метал (попут алкалних метала), јер бурно реагује са водом и гради базу (фенолфталеин боји у љубичасто), те се налази на левој страни периоде.
Елемент \(B\) је неметал, јер оксиди неметала у реакцији са водом граде киселине, те се налази на десној страни периоде.
2) Пошто се дуж периоде слева надесно енергија јонизације повећава, елемент \(B\) (неметал) има већу енергију јонизације од елемента \(A\) (метала).
Елемент \(B\) је неметал, јер оксиди неметала у реакцији са водом граде киселине, те се налази на десној страни периоде.
2) Пошто се дуж периоде слева надесно енергија јонизације повећава, елемент \(B\) (неметал) има већу енергију јонизације од елемента \(A\) (метала).
