Характеристика химического элемента медь по плану: Характеристика переходных элементов (меди, цинка, хрома, железа) по их положению в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностям строения их атомов / Справочник :: Бингоскул

Общая характеристика меди, цинка, хрома, железа

Кодификатор ЕГЭ. Раздел 1.2.3. Характеристика переходных элементов (меди, цинка, хрома, железа) по их положению в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностям строения их атомов.

У атомов переходных элементов (меди, цинка, хрома и железа) происходит заполнение энергетического d-подуровня.

Рассмотрим строение электронной оболочки этих элементов. У атомов цинка и железа заполнение электронной оболочки происходит согласно энергетическому ряду орбиталей (подуровней), который рассмотрен в статье Строение атома. Электронная конфигурация атома железа:

+26Fe   [Ar]3d64s2                       [Ar] 4s    3d

У атома цинка на происходит полное заполнение 3d-подуровня:

+30Zn   [Ar]3d104s2                       [Ar] 4s    3d

У атомов хрома и меди наблюдается «проскок»

 или «провал» электрона, когда один электрон переходит с более энергетически выгодного 4s-подуровня на менее выгодный 3d-подуровень. Этот переход обусловлен тем, что в результате образуются более устойчивые электронные конфигурации (3d5 у атома хрома и 3d10 у атома меди). Дело в том, что энергетически более выгодно, когда d-орбиталь заполнена наполовину или полностью.

Элемент Электронная конфигурация валентной зоны
Теоретическая Реальная
Медь +29Cu   [Ar]3d
9
4s2
[Ar]3d104s1        

 [Ar] 4s    3d

Хром +24Cr  [Ar]3d44s2 [Ar]3d54s        

 [Ar] 4s    3d 

Мы используем, конечно же, реальную электронную конфигурацию меди и хрома, теоретическая будет неверной.

Обратите внимание!

У всех 3d-элементов внешним энергетическим уровнем считается четвертый уровень и 4s-подуровень. При образовании катионов атомы металлов отдают электроны с внешнего энергетического уровня.

Атом  Электронная конфигурация Характерные валентности Число электронов на внешнем энергетическом уровне Характерные степени окисления
Хром [Ar]3d54s1 II, III. VI 1 +2, +3, +6
Железо [Ar]3d
6
4s2
II, III. VI 2 +2, +3, +6
Медь [Ar]3d104s1 I, II 1 +1, +2
Цинк [Ar]3d104s2 II 2 +2

Рассмотрим характеристики хрома, железа, меди и цинка:

 

Название Атомная масса, а. е.м.
Заряд ядра ЭО по Полингу Мет. радиус, нм Энергия ионизации, кДж/моль tпл, оС Плотность,

г/см3

Хром 51,996 +24 1,66 0,130 652,4 1856,9 7,19
Железо 55.845 +26 1.83 0,126 759,1 1538,85 7,874
Медь 63,546 +29 1,90 0,128 745,0 1083,4 8,92
Цинк 65,38 +30 1,65 0,138  905,8 419,6 7,133

Свойства соединений железа, меди, цинка и хрома.

Для хрома характерны степени окисления +2, +3 и +6. Оксид и гидроксид хрома (II) (CrO и Cr(OH)2) проявляют основные свойства. Степени окисления +3 соответствуют амфотерные  оксид и гидроксид: Cr2O3 и Cr(OH)3 соответственно. Соединения хрома +6 проявляют сильные кислотные свойства: оксид CrOи сразу две сильных кислоты: хромовая H

2CrO4 и дихромовая H2Cr2O7. Соединения хрома (II) проявляют сильные восстановительные свойства, соединения хрома (VI) проявляют только сильные окислительные свойства.

Характерные степени окисления железа: +2 и +3. Оксид и гидроксид железа (II) — основные (FeO и Fe(OH)2), а соединения железа (III) проявляют амфотерные свойства (Cr2O3 и Cr(OH)3 соответственно) с преобладанием основных. Соединения железа (II) проявляют также восстановительные свойства.

Для меди характерны степени окисления +1 и +2. Оксид меди (I) CuO и гидроксид меди (I) CuOH — основные. Оксид и гидроксид меди (II) проявляют амфотерные свойства с преобладанием основных: CuO и Cu(OH)2.

Характерная степень окисления цинка +2. Соединения цинка (II) проявляют амфотерные свойства: ZnO и Zn(OH)2.

 

Элемент Степень окисления Тип и формула оксида Тип и формула гидроксида
Окислительно-восстановительные свойства
Хром +2 CrO, основный Cr(OH)2, основание восстановитель, слабый окислитель
+3 Cr2O3, амфотерный Cr(OH)3, амфотерный гидроксид окислитель и восстановитель
+6 CrO3, кислотный H2CrO4 и H2Cr2O7, кислоты окислитель
Железо +2 FeO, основный Fe(OH)2, основание восстановитель и слабый окислитель
+3 Fe2O3, амфотерный Fe(OH)3, амфотерный гидроксид окислитель, очень слабый восстановитель
Медь +1 Cu2O, основный CuOH, основание восстановитель и слабый окислитель
+2 CuO, основный Cu(OH)2, основание окислитель
Цинк +2 ZnO, амфотерный Zn(OH)2, амфотерный гидроксид слабый окислитель

 

 

Понравилось это:

Нравится Загрузка. ..

Медь и её характеристики

Онлайн калькуляторы

На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.

Справочник

Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!

Заказать решение

Не можете решить контрольную?!
Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!

Общая характеристика меди

Общее содержание меди в земной коре сравнительно невелико [0,01% (масс.)], однако она чаще чем другие металлы, встречается в самородном состоянии, причем самородки меди достигают значительной величины.

Важнейшими минералами, входящими в состав медных руд, являются: халькозин, или медный блеск Cu2S; халькопирит, или медный колчедан CuFeS2; малахит (CuOH)2CO3.

Чистая медь – тягучий вязкий металл светло-розового цвета (рис. 1), легко прокатываемый в тонкие листы. Она очень хорошо проводит теплоту и электрический ток, уступая в этом отношении только серебру. В сухом воздухе медь почти не изменяется, так как образующаяся на её поверхности тончайшая пленка оксидов (придающая меди боле темный цвет) служит хорошей защитой от дальнейшего окисления. Но в присутствии влаги и диоксида углерода поверхность меди покрывается зеленоватым налетом карбоната гидроксомеди (CuOH)2CO3.

Рис. 1. Медь. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса меди

Поскольку в свободном состоянии хром существует в виде одноатомных молекул Cu, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 63,546.

Изотопы меди

Известно, что в природе медь может находиться в виде двух стабильных изотопов 63Cu (69,1%) и 65Cu (30,9%). Их массовые числа равны 63 и 65 соответственно. Ядро атома изотопа меди 63Cu содержит двадцать девять протонов и тридцать четыре нейтрона, а изотоп 65Cu – столько же протонов и тридцать шесть нейтронов.

Существуют искусственные нестабильные изотопы меди с массовыми числами от 52-х до 80-ти, а также семь изомерных состояний ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 67Cu с периодом полураспада равным 62 часа.

Ионы меди

Электронная формула, демонстрирующая распределение по орбиталям электронов меди выглядит следующим образом:

1s22s22p63s23p63d104s1.

В результате химического взаимодействия медь отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Cu0 -1e → Cu+;

Cu0 -2e → Cu2+.

Молекула и атом меди

В свободном состоянии медь существует в виде одноатомных молекул Cu. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу меди:

Энергия ионизации атома, эВ

7,72

Относительная электроотрицательность

1,90

Радиус атома, нм

0,128

Сплавы меди

Важнейшими сплавами меди с другими металлами являются латуни (сплавы меди с цинком), медноникелевые сплавы и бронзы.

Латуни содержат до 45% цинка. Различают простые и специальные латуни. В состав последних входят другие элементы, например железо, алюминий, олово, кремний.

Медноникелевые сплавы подразделяются на конструкционные и электротехнические. К конструкционным относятся мельхиоры и нейзильберы. Мельхиоры содержат 20-30% никеля и небольшие количества железа и марганца, а нейзильберы содержат 5-35% никеля и 13-45% цинка. К электротехническим медноникелевым сплавам относятся константан (40% никеля, 1,5% марганца), манганин (3% никеля и 12% марганца) и копель (43% никеля и 0,5% марганца).

Бронзы подразделяются по основному входящему в их состав компоненту (кроме меди) на оловянные, алюминиевые, кремнистые и т.д.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Медь

Зона данных | Открытие | Факты | Внешний вид и характеристики | Использование | Изобилие и изотопы | Ссылки

29

Cu

63,55

Химический элемент медь относится к переходным металлам. Оно известно с древних времен. Его первооткрыватель и дата открытия неизвестны.

Зона данных

Классификация: Медь является переходным металлом
Цвет: оранжево-красный
Атомный вес: 63,546
Состояние: твердый
Температура плавления:
1084,62 или С, 1357,77 К
Точка кипения: 2560 или С, 2833 К
Электроны: 29
Протоны: 29
Нейтроны в наиболее распространенном изотопе: 34
Электронные оболочки: 2,8,18,1
Электронная конфигурация: [Ar] 3d 10 4s 1
Плотность @ 20 или C: 8,96 г/см 3

Соединения, радиусы, проводимости»>Показать больше, в том числе: Теплота, Энергия, Окисление, Реакции,
Соединения, Радиусы, Проводимости

Атомный объем: 7,1 см 3 /моль
Структура: fcc: гранецентрированный куб
Твердость: 3,0 месяца
Удельная теплоемкость 0,38 Дж г -1 К -1
Теплота плавления 13,050 кДж моль -1
Теплота распыления 338 кДж моль -1
Теплота парообразования 300,30 кДж моль -1
1 ст энергия ионизации 745,4 кДж моль -1
2 nd энергия ионизации 1957,9 кДж моль -1
3 rd энергия ионизации 3553,5 кДж моль -1
Сродство к электрону 118,5 кДж моль -1
Минимальная степень окисления 0
Мин. общее окисление нет. 0
Максимальная степень окисления 4
Макс. общее окисление нет. 2
Электроотрицательность (шкала Полинга) 1,95
Объем поляризуемости 6,7 Å 3
Реакция с воздухом мягкий, вес/вт ⇒ CuO, Cu 2 О
Реакция с 15 M HNO 3 мягкий, ⇒ Cu(№ 3 ) 2 , № x
Реакция с 6 М HCl нет
Реакция с 6 М NaOH
Оксид(ы) CuO, Cu 2 O (куприт)
Гидрид(ы) CuH
Хлорид(ы) CuCl, CuCl 2
Атомный радиус 135 вечера
Ионный радиус (1+ ион) 91 час
Ионный радиус (2+ ион) 87 вечера
Ионный радиус (3+ ион) 68 вечера
Ионный радиус (1-ион)
Ионный радиус (2-ионный)
Ионный радиус (3-ионный)
Теплопроводность 401 Вт·м -1 К -1
Электропроводность 60,7 x 10 6 м -1
Температура замерзания/плавления: 1084,62 или С, 1357,77 К

Самородок природной самородной меди с вкраплениями медных минералов

Открытие меди

Доктор Дуг Стюарт

химическая реакция его руд.

Хотя можно найти лишь небольшое количество самородной меди, ее было достаточно, чтобы наши предки открыли этот металл и начали его использовать.

Медь используется людьми уже десять тысяч лет. Бусы из самородной меди, датируемые восьмым тысячелетием до нашей эры, были найдены в Турции. (1)

Тигли и шлаки, найденные в Европе, свидетельствуют о том, что выплавка меди (получение металла из ее руд) происходила в пятом тысячелетии до нашей эры.

Добыча и выплавка меди были обычным явлением к 4500 г. до н.э. на Балканах – в Болгарии, Греции, Сербии и Турции. (2), (3)

Медный век находится между неолитом (каменным) и бронзовым веками. Это происходило в разное время в разных культурах, когда люди начали использовать медные орудия наряду с каменными.

За медным веком последовал бронзовый век, когда люди узнали, что при добавлении олова в медь образуется более твердый металл, который к тому же легче отливается. Опять же, это произошло в разное время в разных местах мира.

Слово «медь» происходит от латинского слова «cuprum», означающего «металл Кипра», поскольку средиземноморский остров Кипр был древним источником добычи меди.

Символ элемента Cu также происходит от слова «медь».

Соединения меди горят характерным зеленым пламенем. Это хлорид меди (I).

Металлическая медь извлекается из кислого раствора нитрата меди.

Verdigris (коррозия меди) на украшениях крыши.

Внешний вид и характеристики

Вредное воздействие:

Медь необходима всем растениям и животным. Однако избыток меди токсичен.

Приготовление кислой пищи в медных кастрюлях может вызвать отравление. Медная посуда должна быть облицована для предотвращения попадания внутрь ядовитой зелени (соединений, образующихся при коррозии меди).

Характеристики:

Медь — красновато-оранжевый мягкий металл с ярким металлическим блеском.

Он податлив, пластичен и является отличным проводником тепла и электричества — только серебро имеет более высокую электропроводность, чем медь.

Медные поверхности, подвергающиеся воздействию воздуха, постепенно тускнеют и приобретают тусклый коричневатый цвет.

Если присутствуют вода и воздух, медь будет медленно подвергаться коррозии, образуя карбонатную медь, часто встречающуюся на крышах и статуях.

Использование меди

Благодаря своей превосходной электропроводности медь чаще всего используется в электрическом оборудовании, таком как проводка и двигатели.

Из-за медленной коррозии медь используется для кровли, водосточных желобов и водосточных желобов на зданиях.

Также используется в сантехнике, посуде и кухонной утвари.

Коммерчески важные сплавы, такие как латунь и бронза, производятся из меди и других металлов.

Оружейные металлы и американские монеты представляют собой медные сплавы.

Сульфат меди используется в качестве фунгицида и альгицида в реках, озерах и прудах.

Оксид меди в растворе Фелинга широко используется в тестах на наличие моносахаридов (простых сахаров).

Изобилие и изотопы

Изобилие в земной коре: 60 частей на миллион по весу, 19 частей на миллион по молям

Изобилие в Солнечной системе: 700 частей на миллиард по весу, 10 частей на миллиард по молям

Стоимость, чистая: $9,76 за 100 г

Стоимость, оптом: $0,66 за 100 г

Источник: Медь иногда встречается в самородном виде (т. е. в виде несвязанного металла), а также содержится во многих минералах, таких как оксид; куприт (Cu 2 O), карбонаты; малахит (Cu 2 CO 3 (OH) 2 ) и азурит (Cu 2 (CO 3 ) 2 (OH) 2 ) и сульфиды; халькопирит (CuFeS 2 ) и борнит (Cu 5 FeS 4 ).

Большая часть медной руды добывается или извлекается в виде сульфидов меди. Затем медь получают плавкой и выщелачиванием. Наконец, полученная неочищенная медь очищается электролизом с нанесением покрытия на катоды из чистой меди.

Изотопы: Медь имеет 24 изотопа, период полураспада которых известен, с массовыми числами от 57 до 80. Встречающаяся в природе медь представляет собой смесь двух ее стабильных изотопов, 63 Cu и 65 Cu с естественным содержанием 69,2% и 30,8% соответственно.

Ссылки
  1. Эндрю Джонс, Доисторическая Европа: теория и практика., 2008, стр. 195. Издательство Блэквелл.
  2. Дуглас Уитфилд Бейли, Балканская предыстория: исключение, включение и идентичность, 2000, стр. 210. Рутледж.
  3. Шарунас Милисаускас, Предыстория Европы., 2003, стр. 207. Клювер Академик/Пленум.
  4. Саул С. Хаубен, Происхождение названий элементов, J. Chem. Образовательная, 1933, 10 (4), стр. 227.
Процитировать эту страницу

Для онлайн-ссылки скопируйте и вставьте одно из следующего:

 Медь
 

или

 Факты о медных элементах
 

Чтобы процитировать эту страницу в научном документе, используйте следующую ссылку в соответствии с MLA:

 «Медь». Химическая периодическая таблица. Chemicool.com. 16 октября 2012 г. Интернет.
. 

Глава 2. Атомы, элементы и периодическая таблица. Химия

Глава 2. Атомы, элементы и периодическая таблица

Этот контент также можно загрузить в формате PDF для печати или в интерактивном формате PDF. Для интерактивного PDF требуется Adobe Reader для полной функциональности.

Этот текст опубликован в соответствии с лицензией Creative Commons, для ссылки и адаптации, пожалуйста, нажмите здесь.

Секции:

2.1 Что такое органическая химия?

2. 2 Elements, Atoms, and the Periodic Table
Elements and Abundance
Atomic Theory
Subatomic Particles
Protons Determine the Identity of an Element
Isotopes and Atomic Масса
Электроны и периодическая таблица элементов
Свойства периодической таблицы

2.3 Краткое содержание главы

2.4 Ссылки

2.1 Что такое органическая химия?

Вы когда-нибудь задумывались, почему некоторые растения можно использовать для изготовления лекарств, а другие токсичны и могут убить вас? Или почему одни продукты считаются полезными, а другие — вредными? Или как производятся такие напитки, как пиво, сидр и вино? Этот курс предназначен для ознакомления читателя с фундаментальными понятиями органической химии с использованием потребительских товаров, технологий и услуг в качестве модельных систем для обучения этим основным понятиям и демонстрации того, как органическая химия является неотъемлемой частью повседневной жизни.

Органическая химия является растущей отраслью химии. Проще говоря, это изучение всех соединений на основе углерода; их строение, свойства, реакции и их использование в синтезе. Это химия жизни, включающая в себя все вещества, полученные из живых систем. Применение органической химии сегодня можно увидеть повсюду, от пластика, из которого состоят компоненты вашего компьютера, до нейлона, из которого сделана ваша одежда, до макромолекул и клеток, из которых состоит само ваше тело! Органическая химия расширила наш мир знаний и является неотъемлемой частью областей медицины, биохимии, биологии, промышленности, нанотехнологий, ракетостроения и многих других!

Чтобы начать обсуждение органической химии, нам нужно сначала взглянуть на химические элементы и понять, как они взаимодействуют, образуя химические соединения.

(Вернуться к началу)


2.2 Элементы, атомы и периодическая таблица
Элементы и изобилие — это химическое вещество, которое не может быть разбито на простые вещества 8 На Земле известно около 90 природных элементов. Используя технологии, ученые смогли создать почти 30 дополнительных элементов, которые не так легко найти в природе. Сегодня химия признает в общей сложности 118 элементов, которые все представлены в стандартной таблице элементов, называемой Периодической таблицей элементов (рисунок 2.1). Каждый элемент представлен одно- или двухбуквенным кодом, где первая буква всегда заглавная, а если присутствует вторая буква, она пишется строчной. Например, символ водорода — H, а символ углерода — C. Некоторые элементы имеют, казалось бы, странные буквенные коды, например, натрий — это Na. Эти буквенные коды получены из латинской терминологии. Например, символ натрия (Na) происходит от латинского слова natrium, что означает карбонат натрия.

Рисунок 2.1: Элементы. Некоторые примеры чистых элементов включают (A) висмут, Bi, тяжелый металл, используемый в качестве замены свинца и в некоторых лекарствах, таких как пепто-бисмол, противодиарейное средство, и (B) стронций, Sr, основной компонент фейерверков. (C) Все обнаруженные элементы представлены в Периодической таблице элементов, которая обеспечивает элегантный механизм не только для отображения элементов, но и для описания многих их характеристик.


Содержание элементов сильно различается. Во Вселенной в целом самым распространенным элементом является водород (около 90%), за ним следует гелий (большая часть оставшихся 10%). Насколько мы можем обнаружить, все остальные элементы присутствуют в относительно незначительных количествах. Однако на планете Земля ситуация несколько иная. Кислород составляет 46,1 % массы земной коры (относительно тонкого слоя породы, образующей земную поверхность), в основном в сочетании с другими элементами, а кремний — 28,5 %. Водород, самый распространенный элемент во Вселенной, составляет всего 0,14% земной коры. В таблице 2.1 «Элементный состав Земли» приведены относительные содержания элементов на Земле в целом и в земной коре. В таблице 2.2 «Элементный состав человеческого тела» указано относительное содержание элементов в организме человека. Если вы сравните Таблицу 2.1 «Элементный состав Земли» и Таблицу 2.2 «Элементный состав человеческого тела», вы обнаружите несоответствие между процентным содержанием каждого элемента в организме человека и на Земле. Кислород имеет самое высокое процентное содержание в обоих случаях, но углерод, элемент со вторым по величине процентным содержанием в организме, относительно редко встречается на Земле и даже не фигурирует как отдельная запись в Таблице 2.1 «Элементный состав Земли»; углерод является частью 0,174%, представляющих «другие» элементы. Как человеческое тело концентрирует так много, казалось бы, редких элементов?

Относительное количество элементов в организме связано не столько с их изобилием на Земле, сколько с их наличием в форме, которую мы можем ассимилировать. Мы получаем кислород из воздуха, которым дышим, и воды, которую пьем. Мы также получаем водород из воды. С другой стороны, хотя углерод присутствует в атмосфере в виде двуокиси углерода, а около 80% атмосферы состоит из азота, мы получаем эти два элемента из пищи, которую едим, а не из воздуха, которым дышим.

(Вернуться к началу)


Атомная теория

Современная атомная теория, предложенная примерно в 1803 году английским химиком Джоном Дальтоном, представляет собой фундаментальную концепцию, согласно которой все элементы состоят из атомов. Атом — это наименьшая часть элемента, которая сохраняет идентичность этого элемента. Отдельные атомы чрезвычайно малы; даже самый большой атом имеет приблизительный диаметр всего 5,4 × 10 −10 м. При таком размере требуется более 18 миллионов таких атомов, выстроенных бок о бок, чтобы они равнялись ширине вашего мизинца (около 1 см).

Большинство элементов в чистом виде существуют в виде отдельных атомов. Например, макроскопический кусок металлического железа микроскопически состоит из отдельных атомов железа. Однако некоторые элементы существуют в виде групп атомов, называемых молекулами. Некоторые важные элементы существуют в виде двухатомных комбинаций и называются двухатомными молекулами. Представляя двухатомную молекулу, мы используем символ элемента и включаем нижний индекс 2, чтобы указать, что два атома этого элемента соединены вместе. Элементами, которые существуют в виде двухатомных молекул, являются водород (H 2 ), кислород (O 2 ), азот (N 2 ), фтор (F 2 ), хлор (Cl 2 ), бром (Br 2 ) и йод (I 2 ).

(Вернуться к началу)


Субатомные частицы

В теории Дальтона было несколько важных модификаций, но незначительные. Во-первых, Дальтон считал атомы неделимыми. Теперь мы знаем, что атомы не только могут быть разделены, но и состоят из трех различных видов частиц со своими свойствами, отличными от химических свойств атомов.

Первая субатомная частица была идентифицирована в 1897 году и названа электроном. Это чрезвычайно крошечная частица с массой около 9,109 × 10 −31 кг. Эксперименты с магнитными полями показали, что электрон имеет отрицательный электрический заряд.

К 1920 году экспериментальные данные указывали на существование второй частицы. Протон имеет тот же заряд, что и электрон, но его заряд положительный, а не отрицательный. Еще одно важное различие между протоном и электроном — это масса. Несмотря на то, что масса протона все еще невероятно мала, она составляет 1,673 × 10 9 .0043 −27 кг, что почти в 2000 раз превышает массу электрона. Поскольку противоположные заряды притягиваются друг к другу (в то время как «одинаковые» заряды отталкиваются друг от друга), протоны притягивают электроны (и наоборот).

Наконец, дополнительные эксперименты указали на существование третьей частицы, называемой нейтроном. Доказательства, полученные в 1932 году, установили существование нейтрона, частицы с массой примерно такой же, как у протона, но без электрического заряда.

Теперь мы понимаем, что все атомы можно разложить на субатомные частицы: протоны, нейтроны и электроны. В таблице 2.3 «Свойства субатомных частиц» перечислены некоторые из их важных характеристик и символы, используемые для обозначения каждой частицы. Эксперимент показал, что протоны и нейтроны концентрируются в центральной области каждого атома, называемой ядром (множественное число, ядра). Электроны находятся вне ядра и вращаются вокруг него, потому что они притягиваются к положительному заряду ядра. Большая часть массы атома находится в ядре, а вращающиеся вокруг него электроны составляют размер атома. В результате атом состоит в основном из пустого пространства. (рис. 2.4 и 2.5).

Рис. 2.4 Анатомия атома. Протоны и нейтроны атома сгруппированы в центре атома в структуре, называемой ядром. Электроны вращаются вокруг ядра атома в электронном облаке или в пустом пространстве, окружающем ядро ​​атома. Обратите внимание, что большую часть площади атома занимает пустое пространство электронного облака.

Источник: https://upload.wikimedia. org/wikipedia/commons/2/24/Figure_02_01_01.jpg

Рис. 2.5 Путь электрона в атоме водорода. Электроны не находятся на дискретных орбитах, как планеты вокруг Солнца. Вместо этого существует вероятность того, что электрон может занять определенное место в электронном облаке (а) Чем темнее цвет, тем выше вероятность того, что один электрон водорода будет находиться в этой точке в любой момент времени. (b) Точно так же, чем теснее точки, тем выше вероятность того, что один электрон водорода окажется в этой точке. На обеих диаграммах ядро ​​находится в центре диаграммы.

(Вернуться к началу)


Протоны определяют идентичность элемента характеристики. Короче говоря, элемент определяется количеством протонов, находящихся в его ядре. Число протонов внутри элемента также называется его атомным номером и представлено математическим термином Z (рис. 2.6). Если вы вернетесь к периодической таблице элементов, показанной на рис. 2.1, вы увидите, что периодическая таблица организована по количеству протонов, содержащихся в элементе. Таким образом, когда вы читаете каждую строку Периодической таблицы (слева направо), каждый элемент увеличивается на один протон (или на один атомный номер, 9).0523 Z ).

Рис. 2.6 Структура периодической таблицы. Каждый элемент периодической таблицы представлен атомным символом (Cu для меди), атомным номером в верхнем левом углу и атомной массой в правом углу.

(Вернуться к началу)


Изотопы, аллотропы и атомная масса

Сколько нейтронов содержится в атомах определенного элемента? Сначала считалось, что число нейтронов в ядре также является характеристикой элемента. Однако было обнаружено, что атомы одного и того же элемента могут иметь разное количество нейтронов. Атомы одного и того же элемента, имеющие разное число нейтронов, называются изотопами (рис. 2.7). Например, 99% атомов углерода на Земле имеют в своих ядрах 6 нейтронов и 6 протонов; около 1% атомов углерода имеют в своих ядрах 7 нейтронов и 6 протонов. Таким образом, встречающийся в природе углерод на Земле на самом деле представляет собой смесь изотопов, хотя смесь на 99% состоит из углерода с 6 нейтронами в каждом ядре. Изотопный состав оказался полезным методом датирования многих слоев горных пород и окаменелостей.

Рис. 2.7 Изотопы водорода. Все атомы водорода имеют один протон и один электрон. Однако они могут различаться числом нейтронов. (a) Большинство атомов водорода содержат только один p+ и один e- и не содержат нейтронов (b) Небольшое количество водорода существует в виде изотопа дейтерия, в ядре которого есть один протон и один нейтрон, и (c) еще меньшее количество содержит один протон и два нейтрона в его ядре и называется тритием. Обратите внимание, что тритий является нестабильным изотопом и со временем распадается. Таким образом, тритий является радиоактивным элементом.

 

Большинство элементов существуют в виде смесей изотопов. Фактически, в настоящее время известно более 3500 изотопов всех элементов. Когда ученые обсуждают отдельные изотопы, им нужен эффективный способ указать количество нейтронов в любом конкретном ядре. Атомная масса (А) атома представляет собой сумму числа протонов и нейтронов в ядре (рис. 2.6). Зная атомную массу ядра (и зная атомный номер Z этого конкретного атома), вы можете определить количество нейтронов, вычитая атомный номер из атомной массы.

Простой способ указать массовое число конкретного изотопа — указать его в виде надстрочного индекса слева от символа элемента. Атомные номера часто указываются в виде нижнего индекса слева от символа элемента. Таким образом, мы можем увидеть

, что указывает на определенный изотоп меди. 29 — это атомный номер Z (одинаковый для всех атомов меди), а 63 — это атомная масса (А) изотопа. Чтобы определить число нейтронов в этом изотопе, мы вычитаем 29из 63: 63 − 29 = 34, значит, в этом атоме 34 нейтрона.

Аллотропы элемента отличаются и отделены от термина изотоп, и их не следует путать. Некоторые химические элементы могут образовывать более одного типа структурной решетки, эти различные структурные решетки известны как аллотропы . Это относится к фосфору, как показано на рис. 2.2. Белый или желтый фосфор образуется, когда четыре атома фосфора выстраиваются в тетраэдрическую конформацию (рис. 2.8). Другие кристаллические решетки фосфора более сложны и могут быть сформированы при воздействии на фосфор различных температур и давлений. Например, клеточная решетка красного фосфора может быть образована при нагревании белого фосфора свыше 280 град.0043 o С (рис. 2.8). Обратите внимание, что аллотропные изменения влияют на то, как атомы элемента взаимодействуют друг с другом, образуя трехмерную структуру. Они не изменяют образец в отношении присутствующих атомных изотопных форм и НЕ НЕ изменяют и не влияют на атомную массу ( A ) элемента.

Различные аллотропы разных элементов могут иметь разные физические и химические свойства, и поэтому их по-прежнему важно учитывать. Например, кислород имеет две разные аллотропные формы, при этом преобладающей аллотропной формой является двухатомная форма кислорода, O 2 . Однако кислород может существовать и в виде O 3 , озона. В нижних слоях атмосферы озон образуется как побочный продукт выхлопных газов автомобилей и других промышленных процессов , где он способствует загрязнению. Он имеет очень резкий запах и является очень сильным окислителем. Может вызывать поражение слизистых оболочек и дыхательных путей у животных. Воздействие озона связывают с преждевременной смертью, астмой, бронхитом, сердечными приступами и другими сердечно-легочными заболеваниями. В верхних слоях атмосферы он создается естественными электрическими разрядами и существует в очень низких концентрациях. Присутствие озона в верхних слоях атмосферы имеет решающее значение, поскольку он перехватывает очень вредное ультрафиолетовое излучение Солнца, не позволяя ему достичь поверхности Земли.

Рис. 2.8 Аллотропы фосфора.  (A) Белый фосфор существует в виде (B) тетраэдрической формы фосфора, тогда как (C) красный фосфор имеет более (D) клеточную кристаллическую решетку. (E) Различные элементарные формы фосфора могут быть созданы путем обработки образцов белого фосфора повышением температуры и давления.

Источник: https://en.wikipedia.org/wiki/Allotropes_of_фосфор

 

(Вверх)


Электроны и периодическая таблица элементов

Помните, что электроны в 2000 раз меньше протонов, и все же каждый из них содержит равный, но противоположный заряд. Электроны имеют отрицательный заряд, а протоны — положительный. Интересно, что когда элементы существуют в своей элементарной форме, как показано в периодической таблице, количество электронов, находящихся в атоме, равно количеству протонов. Следовательно, электрический заряд элемента компенсируется, и общий заряд атома равен нулю.

Электроны — подвижная часть атома. Они движутся и вращаются вокруг ядра атома в электронном облаке — термин, используемый для обозначения пространства вокруг ядра. Однако они не двигаются случайным образом. У электронов есть адреса или определенные орбитальные вращения внутри электронного облака, почти так же, как наши многоквартирные дома имеют адреса в наших городах. Чтобы найти адрес электрона, нужно немного знать об организации электронного облака (…или города, в котором живет электрон).

Электронное облако атома разделено на слои, называемые оболочками, примерно так же, как слои луковицы, если ее очистить. Однако неверно думать о скорлупе как об одном слое без толщины и глубины. Оболочка имеет трехмерное пространство внутри, которое содержит большое количество «квартир» или пространств, которые могут занимать электроны. Таким образом, оболочка, или число n, — это только первая часть адреса электрона внутри атома. Это было бы похоже на знание только района, где живет ваш друг. Если вы знаете только окрестности, вам будет сложно найти своего друга, если вы хотите пригласить его на ужин.

Всего существует 7 оболочек (или слоев), которые атом может иметь для своих электронов. Если атом маленький, у него может быть только 1 или 2 оболочки. Только очень большие атомы имеют все 7 слоев. После этого добавление 8-й оболочки делает атом слишком нестабильным для существования… по крайней мере, мы никогда не находили атомы, содержащие 8-ю оболочку! В периодической таблице (рис. 2.9) вы заметите, что в периодической таблице всего 7 строк (обратите внимание, что ряды элементов лантанидов и актинидов обычно показаны под основной таблицей, чтобы они уместились на одной странице, но на самом деле они находятся в середине 6-го и 7-го рядов периодической таблицы в соответствии с их атомными номерами). Каждый из этих рядов представляет электронную оболочку. Таким образом, по мере того, как атомы становятся больше и содержат больше электронов, они приобретают дополнительные оболочки, до 7,9.0003

Рис. 2.9 Структура периодической таблицы. Каждый элемент периодической таблицы представлен атомным символом (Cu для меди), атомным номером в верхнем левом углу и атомной массой в правом углу.

Источник: Робсон Г. (2006) Википедия. https://en.wikipedia.org/wiki/Electron_shell


В этом учебнике мы не занимаемся изучением адресов всех электронов, но нас очень интересуют электроны, находящиеся ближе всего к поверхности атома. , или те, которые находятся во внешней оболочке атома. Электроны, находящиеся ближе всего к поверхности атома, являются наиболее реакционноспособными и участвуют в формировании связей между атомами. Говорят, что эти электроны размещены в атомной, валентной оболочке или электронной оболочке, наиболее удаленной от ядра атома. (или ближайший к поверхности атома).

(Вернуться к началу)


Особенности периодической таблицы

Элементы, обладающие схожими химическими свойствами, сгруппированы в столбцы, называемые группами (или семействами). Помимо нумерации, некоторые из этих групп имеют названия, например, щелочные металлы (первый столбец элементов), щелочноземельные металлы (второй столбец элементов), галогены (предпоследний столбец элементов), и благородные газы (последний столбец элементов).

Каждая строка элементов периодической таблицы называется периодом. Периоды имеют разную длину; в первом периоде всего 2 элемента (водород и гелий), а во втором и третьем периодах по 8 элементов. Четвертый и пятый периоды содержат по 18 элементов каждый, а более поздние периоды настолько длинные, что сегмент каждого из них удаляется и помещается под основную часть таблицы.

Некоторые свойства элементов становятся очевидными при рассмотрении периодической таблицы в целом. Каждый элемент может быть классифицирован как металл, неметалл или полуметалл, как показано на рисунке 2.10 «Типы элементов». Металл — это блестящее вещество, обычно (но не всегда) серебристое, прекрасно проводящее электричество и тепло. Металлы также податливы (их можно бить в тонкие листы) и пластичны (их можно вытягивать в тонкие проволоки). Неметалл обычно тусклый и плохой проводник электричества и тепла. Твердые неметаллы также очень хрупкие. Как показано на рис. 2.7 «Типы элементов», металлы занимают левые три четверти таблицы Менделеева, а неметаллы (за исключением водорода) сгруппированы в верхнем правом углу таблицы Менделеева. Элементы с промежуточными свойствами Другой способ категоризации элементов таблицы Менделеева показан на рисунке 2.11 «Специальные названия разделов таблицы Менделеева». Первые два столбца слева и последние шесть столбцов справа называются основными элементами группы. Блок из десяти столбцов между этими столбцами содержит переходные металлы. Две строки под основной частью периодической таблицы содержат внутренние переходные металлы. Элементы в этих двух рядах также обозначаются соответственно как металлы-лантаниды и металлы-актиноиды (рис. 2.11).

Рис. 2.10. Типы элементов. Элементы — это металлы, неметаллы или полуметаллы. Каждая группа расположена в другой части периодической таблицы.

 

Рис. 2.11. Специальные названия разделов периодической таблицы. Некоторые разделы периодической таблицы имеют специальные названия. Например, элементы литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций вместе известны как щелочные металлы. Обратите внимание, что элементы основной группы не включают переходные металлы.


Периодическая таблица составлена ​​на основе сходства свойств элементов, но чем объясняется это сходство? Оказывается, расположение столбцов или семейств в Периодической таблице отражает то, как подоболочки заполнены электронами. Следует отметить, что элементы в одном и том же столбце имеют одинаковую электронную конфигурацию валентной оболочки. Например, все элементы в первом столбце имеют один электрон на валентной оболочке. Это последнее наблюдение имеет решающее значение. Химия во многом является результатом взаимодействия между валентными электронами разных атомов. Таким образом, атомы с одинаковой электронной конфигурацией валентной оболочки будут иметь схожий химический состав (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Число электронов валентной оболочки. Расположение элементов в периодической таблице соответствует количеству валентных электронов, находящихся в этом элементе. Все семейства (столбцы) в периодической таблице содержат одинаковое количество электронов валентной оболочки, что придает им схожие химические свойства и реакционную способность. Вы можете легко сосчитать элементы основной группы, чтобы увидеть увеличение числа электронов в валентной оболочке. Все переходные металлы имеют 2 e- в своей валентной оболочке, хотя они также содержат внутреннюю орбитальную подоболочку, которая очень близка к валентной оболочке. Это придает некоторым из этих металлов разные уровни реакционной способности. Обратите внимание, что максимально возможное количество электронов валентной оболочки равно 8, и это достигается только благородными газами.

Рис. 2.13. Роль железа в транспорте кислорода. Белок гемоглобина составляет около 95% сухого содержимого эритроцита, и каждый белок гемоглобина может связывать и переносить четыре молекулы кислорода (O 2 ). 2.3 Глава Резюме

(Вернуться к началу)


2.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *