Решебник по химии 8 класс Габриелян §6

Знаки химических элементов. Периодическая таблица Д. И. Менделеева

Стр. 35

Вопрос

В «химической письменности», подобно русскому языку, есть своя символика, в которой роль букв играют особые символичные (знаковые) модели. Что представляют собой эти модели?

Химические знаковые модели – это особые символические обозначения, используемые для записи химических элементов, соединений и реакций. В основе этой системы лежит периодическая таблица Д. И. Менделеева, где каждому элементу соответствует определённый химический символ, состоящий из одной или двух латинских букв. Например, H обозначает водород, O – кислород, а Na – натрий. Кроме отдельных элементов, в химической символике используются формулы веществ, такие как H₂O для воды или CO₂ для углекислого газа, которые показывают состав соединения. Химические уравнения, например 2H₂ + O₂ → 2H₂O, позволяют записывать процессы химических превращений в упрощённом виде. Также применяются структурные формулы, отображающие порядок соединения атомов внутри молекулы. Таким образом, химическая письменность является универсальным языком науки, позволяющим химикам всего мира обмениваться знаниями.

Стр. 37

Вопрос

Какой смысл имеет слово «относительная» в понятии «относительная атомная масса»?

Слово «относительная» в данном понятии означает, что атомная масса химического элемента не измеряется в абсолютных единицах (например, в килограммах или граммах), а выражается относительно массы другого атома. В современной химии за эталон принято ¹²C – атом углерода с массовым числом 12. Относительная атомная масса показывает, во сколько раз средняя масса атомов данного элемента больше 1/12 массы атома углерода. Например, у кислорода она равна 16, что означает, что атом кислорода примерно в 16 раз тяжелее эталонного атома углерода. Этот подход упрощает расчёты и делает их удобными для использования в химии. Кроме того, относительная атомная масса учитывает существование изотопов и рассчитывается как средневзвешенное значение масс атомов элемента с учётом их распространённости в природе. Таким образом, термин «относительная» подчёркивает сравнительный характер измерения атомных масс.

Стр. 38

Проверьте свои знания

1. Какую информацию несёт символ химического элемента?

Символ химического элемента представляет собой сокращённое обозначение элемента, принятого в международной системе химической номенклатуры. Чаще всего символ состоит из одной или двух букв латинского алфавита, иногда – из трёх (например, у недавно открытых элементов). Первая буква символа всегда заглавная, а последующие – строчные, если они есть (например, H – водород, Fe – железо, Uup – унунпентий). Символ химического элемента содержит в себе не только обозначение, но и некоторую информацию о происхождении названия, которое может быть связано с латинским названием вещества, географическим объектом, учёным или его свойствами. Кроме того, рядом с символом элемента в периодической таблице указываются его атомный номер и относительная атомная масса. Таким образом, символ химического элемента является универсальным обозначением, удобным для химиков во всём мире.

2. На какие графы делится таблица Д. И. Менделеева по горизонтали? Какие виды этих граф выделяют в короткопериодном варианте таблицы?

По горизонтали таблица Д. И. Менделеева делится на периоды, которые обозначают последовательность элементов с увеличением их атомного номера. В зависимости от количества элементов периоды бывают короткими и длинными. В короткопериодном варианте таблицы выделяют малые периоды, содержащие по 8 элементов, и большие периоды, включающие большее количество элементов. Малые периоды заканчиваются инертными газами, которые обладают завершённой электронной оболочкой. В больших периодах наблюдается чередование групп элементов, что отражает закономерности изменения их свойств. Деление на периоды позволяет систематизировать химические элементы, показывая постепенное изменение их физических и химических характеристик.

3. На какие графы делится таблица Д. И. Менделеева по вертикали? Какие виды этих граф выделяют в короткопериодном варианте таблицы?

По вертикали таблица Д. И. Менделеева делится на группы, которые объединяют элементы с похожими химическими свойствами. В короткопериодном варианте таблицы выделяют восемь основных групп, обозначаемых римскими цифрами I–VIII. Группы делятся на подгруппы: главную (A) и побочную (B), где главная подгруппа включает наиболее распространённые элементы, а побочная содержит переходные металлы. Элементы одной группы имеют схожие электронные конфигурации, что определяет их сходство в химических реакциях. Например, щелочные металлы (группа I) обладают высокой активностью и образуют соединения с аналогичными формулами. Таким образом, вертикальное деление таблицы отражает главные закономерности строения атомов и их химического поведения.

Стр. 38

Примените свои знания

4. С помощью таблицы Д. И. Менделеева запишите знаки пяти химических элементов, содержащих заглавную букву «C». Используя дополнительные источники информации, узнайте их произношение. Запомните названия и произношение символов этих химических элементов.

​В периодической таблице Менделеева есть несколько химических элементов, в символах которых присутствует заглавная буква «C». Ниже представлены пять таких элементов с их символами и правильным произношением: ​

1. Углерод: Символ — C. Произносится как «це».

2. Кремний: Символ — Si. Произносится как «силициум».

3. Хлор: Символ — Cl. Произносится как «хлор».

4. Кальций: Символ — Ca. Произносится как «кальций». ​

5. Кюрий: Символ — Cm. Произносится как «кюрий».

Правильное произношение символов химических элементов важно для точного и однозначного общения в химии. Некоторые символы произносятся так же, как и соответствующая буква (например, «це» для углерода), в то время как другие имеют особое произношение, основанное на латинских названиях элементов (например, «силициум» для кремния). Рекомендуется запомнить эти названия и их произношение для корректного использования в химической практике.

5. Предложите своё обоснование деления химических элементов на две группы: металлы и неметаллы. Запишите примеры химических знаков для каждой группы элементов. Прочитайте их.

Химические элементы делятся на две основные группы — металлы и неметаллы, исходя из их физических и химических свойств. Металлы обладают высокой электропроводностью, теплопроводностью, пластичностью и металлическим блеском. Они легко отдают электроны, образуя катионы, и имеют характерные металлические связи. Большинство металлов являются твёрдыми веществами при комнатной температуре (за исключением ртути). Неметаллы, напротив, обладают низкой электропроводностью, хрупкостью и отсутствием металлического блеска. Они принимают электроны в химических реакциях, образуя анионы или ковалентные соединения.

Примеры химических знаков металлов: Na (натрий), Ca (кальций), Fe (железо), Cu (медь), Zn (цинк).

Примеры химических знаков неметаллов: H (водород), O (кислород), C (углерод), N (азот), Cl (хлор).

Чтение химических символов важно для точного понимания и общения в химии. Символы металлов и неметаллов происходят от их латинских названий и имеют международное использование.

6. Названия каких химических элементов в таблице Д. И. Менделеева связаны с Россией?

​В периодической таблице Менделеева есть несколько химических элементов, названия которых связаны с Россией, её географическими объектами и выдающимися российскими учёными. Ниже представлены такие элементы с кратким описанием их происхождения:​

1. Рутений (Ru)

Открыт в 1844 году профессором Казанского университета Карлом Клаусом. Название элемента происходит от латинского слова "Ruthenia", обозначающего Россию.

2. Менделевий (Md)

Назван в честь Дмитрия Ивановича Менделеева, создателя периодической системы химических элементов.

3. Дубний (Db)

Элемент получил своё название в честь российского наукограда Дубна, где находится Объединённый институт ядерных исследований, сыгравший ключевую роль в его открытии.

4. Флеровий (Fl)

Назван в честь Георгия Николаевича Флёрова, советского физика, основателя Лаборатории ядерных реакций в Дубне.

5. Московий (Mc)

Элемент получил своё название в честь Московской области, где расположен город Дубна, известный своими научными исследованиями в области ядерной физики.

6. Оганесон (Og)

Назван в честь Юрия Цолаковича Оганесяна, российского учёного, внёсшего значительный вклад в исследования сверхтяжёлых элементов.

Эти элементы отражают вклад России и её учёных в развитие химической науки и открытие новых элементов.

7. Сравните короткопериодный и длиннопериодный варианты таблицы Д. И. Менделеева.

Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева представлена в нескольких вариантах, среди которых наиболее распространены короткопериодная и длиннопериодная формы. Обе они отражают периодический закон, но имеют различия в структуре и представлении информации.

Короткопериодная форма:

• Структура периодов: Содержит семь периодов, причём начиная с четвёртого периода каждый из них разделён на две строки. Это связано с тем, что элементы главных и побочных подгрупп располагаются в отдельных строках.

• Группы: Существует восемь групп, обозначенных римскими цифрами от I до VIII. Каждая группа делится на главную (A) и побочную (B) подгруппы, что позволяет группировать элементы со схожими химическими свойствами.

• Расположение элементов: Элементы главных подгрупп (s- и p-элементы) и побочных подгрупп (d-элементы) располагаются в разных строках, что делает таблицу более громоздкой и сложной для восприятия.

Длиннопериодная форма:

• Структура периодов: Каждый период занимает одну строку, что делает таблицу более компактной и наглядной.

• Группы: Содержит 18 групп, обозначенных арабскими цифрами от 1 до 18. Такое деление устраняет необходимость разделения на главные и побочные подгруппы, объединяя элементы со схожими свойствами в одной группе.

• Расположение элементов: Лантаноиды и актиноиды вынесены из основной таблицы и размещены отдельно внизу, что позволяет сохранить компактность и упрощает восприятие структуры таблицы.

Однако в некоторых учебных материалах, особенно в России, продолжают использовать короткопериодную форму из-за её исторической значимости и привычности. На сегодняшний день Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) рекомендует использовать длиннопериодную форму таблицы Менделеева в качестве основного варианта.

Таким образом, основное различие между короткопериодной и длиннопериодной формами таблицы Менделеева заключается в представлении периодов и групп: короткопериодная форма разделяет периоды на две строки и использует восемь групп с подгруппами, тогда как длиннопериодная форма представляет каждый период в одной строке и включает 18 групп без разделения на подгруппы.

8. Рассчитайте массу атома железа в граммах.

​Чтобы рассчитать массу одного атома железа в граммах, необходимо воспользоваться атомной массой железа и числом Авогадро.

1. Атомная масса железа (Fe): составляет 55,845 атомных единиц массы (а.е.м.).

2. Число Авогадро (NA) равно 6,022 140 76 × 10²³ моль⁻¹.

Это означает, что 1 моль атомов железа (то есть 6,022 140 76 × 10²³ атомов) имеет массу 55,845 грамма. Атомная масса в атомных единицах массы численно равна молярной массе в граммах на моль.

Чтобы найти массу одного атома железа, необходимо разделить молярную массу на число Авогадро:

mₐ = M / NA = 55,845 г/моль / 6,022 140 76 × 10²³ моль⁻¹ ≈ 9,273 × 10⁻²³ грамма.​

Таким образом, масса одного атома железа составляет приблизительно 9,273 × 10⁻²³ грамма.

Стр. 39

Используйте дополнительную информацию

9. Подготовьте сообщение и презентацию о других формах периодической таблицы Д. И. Менделеева.

Сообщение

Другие формы периодической таблицы Д. И. Менделеева

Периодическая таблица химических элементов, созданная Дмитрием Ивановичем Менделеевым в 1869 году, является фундаментальным научным достижением, но её традиционная форма – не единственная. В течение многих лет учёные предлагали различные варианты её представления, чтобы сделать восприятие закономерностей ещё более наглядным и удобным. Вариации таблицы отражают разные подходы к систематизации элементов и учитывают их свойства, строение атомов и тенденции в изменении химических характеристик.

Одной из первых альтернативных форм является короткопериодная таблица, использованная самим Менделеевым в ранних версиях его работы. В этой таблице элементы расположены в восьми вертикальных колонках (группах) и семи горизонтальных рядах (периодах), но при этом в ней встречаются «разрывы», так как некоторые группы содержат более 8 элементов. Такое представление позволило ранжировать элементы в соответствии с их химическими свойствами, но не давало удобного визуального представления о закономерностях.

Впоследствии в науку вошла длиннопериодная форма таблицы, ставшая более распространённой и используемой в современных учебниках. В этой версии таблицы элементы размещены в 18 группах и 7 периодах, а лантаноиды и актиноиды выделены в отдельные строки под основной частью таблицы. Этот формат позволяет лучше понять строение атомов, расположение элементов по энергетическим уровням и переход между металлами и неметаллами.

Существуют также и более экзотические формы представления периодической системы. Например, спиральная таблица, предложенная Уильямом Одлингом, в которой элементы расположены по спирали, отражая их закономерное изменение по атомному номеру. В такой форме чётко прослеживаются переходы между группами и периодами, но затрудняется восприятие детальных химических свойств.

Другой интересной формой является трёхмерная периодическая таблица, предложенная в XX веке различными исследователями. Одна из наиболее известных – модель Глена Сиборга, в которой химические элементы размещены в виде трёхмерного объекта, напоминающего цилиндр или пирамиду. Это помогает лучше понять взаимоотношения между разными группами элементов, особенно при учёте внутренних переходных металлов и лантаноидов.

Одним из современных подходов является глобулярная модель периодической системы, которая представляет собой сферическую таблицу, где химические элементы располагаются на поверхности сферы в соответствии с их атомными номерами и свойствами. Такой вариант рассматривается как перспективная альтернатива классическим формам, так как позволяет компактно отображать информацию и учитывать квантово-механические особенности строения атомов.

Ещё одной необычной формой является таблица Бенфея, которая представляет периодическую систему в виде ступенчатой диаграммы. Этот вариант подчёркивает непрерывность изменений свойств элементов и делает акцент на их расположении в зависимости от квантовых чисел.

Таким образом, традиционная таблица Менделеева – это лишь один из возможных способов представления периодической системы. Другие формы, включая спиральные, трёхмерные и глобулярные модели, помогают учёным и студентам лучше понимать закономерности химических элементов, их строение и свойства. Исследования в этой области продолжаются, и возможно, в будущем появятся ещё более удобные и наглядные способы систематизации химических элементов.