Страница 187 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

2. Почему Д. И. Менделеев назвал открытый им закон периодическим? Ответ подтвердите анализом свойств химических элементов.

Дмитрий Иванович Менделеев назвал открытый им закон периодическим, потому что он обнаружил, что свойства химических элементов и образованных ими простых и сложных веществ изменяются не монотонно, а повторяются через определенные интервалы (периоды) при расположении элементов в порядке возрастания их атомных масс.

Слово «периодический» означает «повторяющийся через определенные промежутки». Эта закономерность и легла в основу названия закона.

Подтвердим это анализом свойств элементов на примере 2-го и 3-го периодов Периодической системы.

Анализ изменения свойств в пределах периода (на примере 2-го периода: Li → Ne)

Слева направо в периоде наблюдается закономерное изменение свойств. Металлические свойства ослабевают: Li — активный щелочной металл, а F — самый активный неметалл. Соответственно, неметаллические свойства усиливаются. Характер высших оксидов изменяется от основного (Li₂O) через амфотерный (BeO) к кислотному (CO₂, N₂O₅). Высшая валентность элементов в соединениях с кислородом, как правило, растет от I до V (для 2-го периода), а валентность в летучих водородных соединениях для неметаллов изменяется от IV (CH₄) до I (HF). Атомный радиус уменьшается, а электроотрицательность возрастает.

Анализ повторения (периодичности) свойств

После инертного газа неона (Ne), завершающего 2-й период, начинается 3-й период. Элемент, следующий за неоном, — натрий (Na). По своим химическим свойствам натрий является аналогом лития (Li) — это такой же типичный щелочной металл. За натрием следует магний (Mg), который подобен бериллию (Be), далее алюминий (Al) — аналог бора (B), кремний (Si) — аналог углерода (C) и так далее. Таким образом, вся последовательность изменения свойств, которая наблюдалась во 2-м периоде, снова повторяется в 3-м периоде, а затем и в последующих. Именно это регулярное возвращение к сходным по свойствам элементам через определенное число других элементов и есть периодичность.

Ответ: Д. И. Менделеев назвал открытый им закон периодическим, так как обнаружил, что свойства химических элементов и их соединений повторяются через определенные интервалы (периоды) при расположении элементов в порядке возрастания их атомных масс. Анализ свойств элементов по периодам показывает, что характер изменения свойств (металлических, неметаллических, валентности, характера оксидов) регулярно повторяется, начиная с щелочного металла и заканчивая инертным газом, что и доказывает периодический характер этой зависимости.

3. Проведено сплавление 4,05 г оксида цинка $ZnO$ с гидроксидом натрия, взятым в избытке. Определите массу и количество вещества образовавшейся соли.

Дано:

$m(ZnO) = 4,05 \text{ г}$

Гидроксид натрия ($NaOH$) взят в избытке.

Найти:

$m(соли) - ?$

$n(соли) - ?$

Решение:

1. Составляем уравнение реакции сплавления оксида цинка с гидроксидом натрия. Оксид цинка ($ZnO$) является амфотерным, поэтому он реагирует с сильными основаниями (щелочами), такими как $NaOH$. При сплавлении (нагревании твердых реагентов) образуется соль, цинкат натрия ($Na_2ZnO_2$), и вода:

$ZnO + 2NaOH \xrightarrow{t} Na_2ZnO_2 + H_2O$

2. Рассчитаем молярную массу оксида цинка ($ZnO$):

$M(ZnO) = Ar(Zn) + Ar(O) = 65 \text{ г/моль} + 16 \text{ г/моль} = 81 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества оксида цинка, используя формулу $n = \frac{m}{M}$:

$n(ZnO) = \frac{4,05 \text{ г}}{81 \text{ г/моль}} = 0,05 \text{ моль}$

4. По условию задачи, гидроксид натрия находится в избытке, следовательно, оксид цинка является лимитирующим реагентом и полностью вступает в реакцию. Расчеты будем вести по нему.

Из уравнения реакции видно, что из 1 моль $ZnO$ образуется 1 моль соли $Na_2ZnO_2$. Стехиометрическое соотношение составляет 1:1.

$\frac{n(ZnO)}{1} = \frac{n(Na_2ZnO_2)}{1}$

Следовательно, количество вещества образовавшейся соли равно количеству вещества оксида цинка:

$n(Na_2ZnO_2) = n(ZnO) = 0,05 \text{ моль}$

5. Теперь определим массу образовавшейся соли ($Na_2ZnO_2$). Сначала рассчитаем ее молярную массу:

$M(Na_2ZnO_2) = 2 \times Ar(Na) + Ar(Zn) + 2 \times Ar(O) = 2 \times 23 \text{ г/моль} + 65 \text{ г/моль} + 2 \times 16 \text{ г/моль} = 46 + 65 + 32 = 143 \text{ г/моль}$

6. Найдем массу соли по формуле $m = n \times M$:

$m(Na_2ZnO_2) = n(Na_2ZnO_2) \times M(Na_2ZnO_2) = 0,05 \text{ моль} \times 143 \text{ г/моль} = 7,15 \text{ г}$

Ответ: количество вещества образовавшейся соли $0,05 \text{ моль}$; масса соли $7,15 \text{ г}$.

1. В ряду Na—Mg—Al—Si металлические свойства

1) усиливаются

2) ослабевают

3) не изменяются

4) изменяются периодически

Решение

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать положение элементов Na (натрий), Mg (магний), Al (алюминий) и Si (кремний) в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и вспомнить закономерности изменения свойств элементов в периодах.

Все указанные элементы — Na, Mg, Al, Si — находятся в 3-м периоде. Натрий находится в 1-й группе, магний — во 2-й, алюминий — в 13-й (старая классификация — IIIА), кремний — в 14-й (IVА). Таким образом, в данном ряду мы движемся по периоду слева направо.

Металлические свойства — это способность атомов химического элемента отдавать электроны с внешнего энергетического уровня. Рассмотрим, как изменяются характеристики атомов в ряду Na → Mg → Al → Si:

1. Заряд ядра атома последовательно увеличивается (Na: +11, Mg: +12, Al: +13, Si: +14).
2. Число электронных слоев (энергетических уровней) остается постоянным и равным номеру периода, то есть 3.
3. Вследствие увеличения заряда ядра при неизменном числе электронных слоев, притяжение валентных электронов к ядру усиливается, а атомный радиус уменьшается.

Усиление притяжения валентных электронов к ядру затрудняет их отдачу. Следовательно, способность атомов отдавать электроны, а значит и их металлические свойства, при движении по периоду слева направо ослабевают.

Это также подтверждается характером самих элементов: Na — типичный, очень активный металл; Mg — активный металл, но менее активный, чем Na; Al — металл, проявляющий амфотерные свойства (промежуточные между основными и кислотными); Si — металлоид, по свойствам занимающий промежуточное положение между металлами и неметаллами.

Таким образом, в ряду Na—Mg—Al—Si металлические свойства ослабевают.

Ответ: 2) ослабевают.

2. В ряду $ \text{Si} - \text{P} - \text{S} - \text{Cl} $ неметаллические свойства

1) усиливаются

2) ослабевают

3) не изменяются

4) изменяются периодически

Решение

Рассмотрим расположение элементов кремния (Si), фосфора (P), серы (S) и хлора (Cl) в Периодической системе химических элементов. Все эти элементы находятся в одном, третьем, периоде. При этом они располагаются в таблице последовательно слева направо: кремний (Si) находится в 14-й группе, фосфор (P) – в 15-й, сера (S) – в 16-й, а хлор (Cl) – в 17-й.

Неметаллические свойства – это способность атомов принимать электроны. В пределах одного периода при движении слева направо происходит следующее:

1. Заряд ядра атома увеличивается (у Si +14, у P +15, у S +16, у Cl +17).
2. Число электронных слоев остается неизменным (равно номеру периода, т.е. 3).
3. Число электронов на внешнем слое увеличивается (у Si – 4, у Cl – 7).
4. Радиус атома уменьшается, так как усиление заряда ядра приводит к более сильному притяжению электронов к ядру.
5. Вследствие уменьшения радиуса и увеличения заряда ядра способность атома принимать электроны (электроотрицательность) возрастает.

Таким образом, при движении по периоду слева направо неметаллические свойства химических элементов закономерно усиливаются. Следовательно, в ряду Si—P—S—Cl неметаллические свойства усиливаются.

Ответ: 1) усиливаются

3. Подчеркните в каждом ряду элемент, который в большей степени проявляет неметаллические свойства.

1) углерод, фтор

2) кальций, бром

3) кремний, фосфор

4) кислород, фтор

Решение

Для определения, какой из элементов проявляет неметаллические свойства в большей степени, необходимо воспользоваться периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева. Неметаллические свойства элементов усиливаются в периодах слева направо и ослабевают в главных подгруппах сверху вниз. Таким образом, самый активный неметалл (фтор) находится в правом верхнем углу таблицы (не считая инертных газов).

1) углерод, фтор

Углерод (C) и фтор (F) находятся в одном периоде — втором. Углерод стоит в 14-й группе, а фтор — в 17-й. Поскольку фтор находится правее углерода в периоде, его неметаллические свойства выражены сильнее.

Ответ: фтор.

2) кальций, бром

Кальций (Ca) — это металл, расположенный во 2-й группе, 4-м периоде. Бром (Br) — это неметалл, расположенный в 17-й группе, 4-м периоде. Неметаллы по определению проявляют неметаллические свойства в большей степени, чем металлы.

Ответ: бром.

3) кремний, фосфор

Кремний (Si) и фосфор (P) находятся в одном периоде — третьем. Кремний расположен в 14-й группе, а фосфор — в 15-й. Так как фосфор находится правее кремния, его неметаллические свойства проявляются сильнее.

Ответ: фосфор.

4) кислород, фтор

Кислород (O) и фтор (F) находятся во втором периоде. Кислород расположен в 16-й группе, а фтор — в 17-й. Фтор находится правее кислорода, и является самым электроотрицательным элементом, следовательно, он проявляет неметаллические свойства в наибольшей степени.

Ответ: фтор.

Найдите в Интернете биографию Д. И. Менделеева и ознакомьтесь с ней.

Ранние годы и образование

Дмитрий Иванович Менделеев родился 27 января (8 февраля по новому стилю) 1834 года в городе Тобольске и был последним, семнадцатым ребенком в семье Ивана Павловича Менделеева, директора Тобольской гимназии, и Марии Дмитриевны Менделеевой (урожденной Корнильевой). После смерти отца и пожара на стекольном заводе, которым управляла мать, семья переехала в Санкт-Петербург. Несмотря на трудности, мать сделала все возможное, чтобы дать одаренному сыну высшее образование. В 1850 году Дмитрий поступил на физико-математический факультет Главного педагогического института в Петербурге. Уже в студенческие годы он проявил незаурядные способности к научным исследованиям. В 1855 году он окончил институт с золотой медалью и был направлен учителем в Симферополь, а затем в Одессу. В 1856 году он успешно защитил магистерскую диссертацию в Петербургском университете.

Ответ: Дмитрий Иванович Менделеев родился в Тобольске, получил блестящее образование в Главном педагогическом институте в Санкт-Петербурге, где с юных лет проявил выдающиеся способности к естественным наукам.

Научная карьера и открытие Периодического закона

Центральным событием в жизни и творчестве Д. И. Менделеева стало открытие им Периодического закона. Работая над своим фундаментальным трудом «Основы химии», он столкнулся с необходимостью систематизировать химические элементы. 17 февраля (1 марта по новому стилю) 1869 года он завершил работу над таблицей «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». Суть открытия заключалась в том, что свойства элементов, а также формы и свойства их соединений, находятся в периодической зависимости от величины их атомных весов. Гениальность Менделеева проявилась не только в расположении известных на тот момент 63 элементов, но и в том, что он оставил в таблице пустые места для еще не открытых элементов и с поразительной точностью предсказал их свойства (например, «экаалюминия» — галлия, «экабора» — скандия и «экасилиция» — германия). Последующее открытие этих элементов стало триумфом Периодического закона и принесло Менделееву всемирную славу.

Ответ: Главным научным достижением Менделеева является открытие в 1869 году Периодического закона химических элементов — одного из фундаментальных законов природы, и создание на его основе Периодической системы элементов.

Многогранная деятельность ученого

Интересы Д. И. Менделеева были необычайно широки и не ограничивались только химией. Он внес значительный вклад в физику, исследуя свойства газов и жидкостей. Его работы в области метрологии привели к созданию Главной палаты мер и весов (ныне ВНИИ метрологии им. Д. И. Менделеева), директором которой он был с 1893 года; он способствовал введению в России метрической системы мер. Менделеев был также крупным экономистом, выступавшим за протекционизм и развитие отечественной промышленности. По поручению правительства он разработал технологию бездымного пороха («пироколлодия»). Ученый глубоко изучал нефтяное дело, выступал за рациональную переработку нефти. Его интересы распространялись и на воздухоплавание: в 1887 году он в одиночку совершил полет на воздушном шаре для наблюдения солнечного затмения.

Ответ: Помимо химии, Д. И. Менделеев внёс значительный вклад в физику, метрологию, экономику, геологию, технологию и воздухоплавание, продемонстрировав энциклопедическую широту своих научных и общественных интересов.

Личная жизнь и наследие

Дмитрий Менделеев был дважды женат. От первого брака с Феозвой Никитичной Лещевой у него было двое детей. Во втором браке с Анной Ивановной Поповой родилось четверо детей, одна из дочерей, Любовь, стала женой поэта Александра Блока. В 1890 году Менделеев покинул Санкт-Петербургский университет в знак протеста против притеснения студенчества. Он был членом многих академий наук и научных обществ по всему миру, однако так и не был избран в Российскую императорскую академию наук, что связывают с его сложным характером и конфликтом вокруг второго брака. Дмитрий Иванович скончался 20 января (2 февраля по новому стилю) 1907 года в Санкт-Петербурге от воспаления легких. Его наследие огромно: Периодическая система является основой современной химии, а его имя носят химический элемент №101 менделевий (Md), многочисленные научные учреждения, географические объекты и престижные научные награды.

Ответ: Д. И. Менделеев был профессором Санкт-Петербургского университета, общественным деятелем и семьянином. Он скончался в 1907 году в Санкт-Петербурге, оставив после себя колоссальное научное и культурное наследие, увековеченное в названии химического элемента и многочисленных организаций.