Периодическая система химических элементов

Естественные семейства химических элементов

Изучите естественные семейства химических элементов: щелочные и щелочноземельные металлы, халькогены, галогены и благородные газы, их свойства, строение атомов и положение в Периодической системе.

7–8 класс

Общая характеристика естественных семейств

На сегодняшний день известно более 100 химических элементов. Каждый из них имеет свои особенности и свойства.

Однако некоторые элементы настолько похожи по своим свойствам, что их можно объединить в отдельные группы. Такие группы элементов называют естественными семействами химических элементов.

Изучение естественных семейств помогает лучше понять закономерности Периодической системы и предсказывать свойства элементов.

Определение

Естественные семейства химических элементов — это группы элементов, обладающих сходными химическими и физическими свойствами.

Сходство свойств объясняется тем, что атомы этих элементов имеют похожее строение внешнего электронного слоя.

В Периодической системе элементы одного семейства обычно располагаются в одной группе.

Щелочные металлы

К семейству щелочных металлов относятся:

литий (Li);
натрий (Na);
калий (K);
рубидий (Rb);
цезий (Cs);
франций (Fr).

Все они расположены в I группе Периодической системы.

Основные свойства щелочных металлов

мягкие металлы;
имеют серебристо-белый цвет;
хорошо проводят электрический ток и тепло;
очень активно реагируют с водой и кислородом;
в природе в свободном виде практически не встречаются.

Реакция с водой

В результате реакции образуется щёлочь и выделяется водород:

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑

Окраска пламени

Щелочные металлы и их соединения окрашивают пламя в характерные цвета.

Изменение свойств в группе

При движении сверху вниз по группе:

Li → Na → K → Rb → Cs → Fr

увеличивается атомный радиус;
возрастает металлическая активность.

Это связано с ослаблением притяжения внешнего электрона к ядру.

Электронное строение

Валентные электроны располагаются на s-орбитали, поэтому щелочные металлы относятся к s-элементам.

Оксиды и гидроксиды

Оксиды щелочных металлов являются основными оксидами.

Им соответствуют хорошо растворимые основания — щёлочи.

Основные свойства усиливаются сверху вниз по группе.

Щелочноземельные металлы

К семейству щелочноземельных металлов относятся:

бериллий (Be);
магний (Mg);
кальций (Ca);
стронций (Sr);
барий (Ba);
радий (Ra).

Все они расположены во II группе Периодической системы.

Происхождение названия

Название связано с тем, что их оксиды раньше называли «землями», а некоторые из них при взаимодействии с водой образуют щёлочи.

Основные свойства

серебристо-белые металлы;
твёрже щелочных металлов;
хорошо проводят электрический ток и тепло;
обладают высокой химической активностью;
встречаются только в составе соединений;
содержат два электрона на внешнем энергетическом уровне.

Взаимодействие с водой

В отличие от щелочных металлов, щелочноземельные металлы реагируют с водой менее активно.

бериллий практически не реагирует;
магний реагирует только при нагревании;
кальций, стронций и барий реагируют уже при обычных условиях.

Пример реакции:

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑

Окраска пламени

Соединения многих щелочноземельных металлов окрашивают пламя в характерные цвета.

Эти свойства широко используются в пиротехнике.

Изменение свойств в группе

При движении сверху вниз:

Be → Mg → Ca → Sr → Ba

увеличивается атомный радиус;
возрастает металлическая активность;
ослабевает удержание валентных электронов ядром.

Электронное строение

Элементы II группы относятся к s-элементам, поскольку их валентные электроны располагаются на s-подуровне.

Основные оксиды и гидроксиды

Оксиды:

MgO, CaO, BaO

Гидроксиды:

Mg(OH)₂, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂

Основные свойства усиливаются сверху вниз:

Mg(OH)₂ < Ca(OH)₂ < Ba(OH)₂

Растворимость гидроксидов также возрастает сверху вниз по группе.

Халькогены

К семейству халькогенов относятся:

кислород (O);
сера (S);
селен (Se);
теллур (Te);
полоний (Po).

Все они расположены в VI группе Периодической системы.

Происхождение названия

Название происходит от греческих слов:

«медь»;
«рождающий».

То есть — «образующие руды».

Основные свойства

преимущественно неметаллы;
имеют шесть электронов на внешнем энергетическом уровне;
обладают высокой химической активностью;
образуют соединения с металлами и неметаллами;
встречаются как в свободном состоянии, так и в составе соединений.

Наиболее распространённым представителем является кислород, составляющий около 21% объёма воздуха.

Изменение свойств в группе

При движении сверху вниз:

O → S → Se → Te → Po

увеличивается атомный радиус;
уменьшается электроотрицательность;
ослабевают неметаллические свойства;
усиливаются металлические свойства.

Оксиды и кислоты

Халькогены образуют кислотные оксиды:

SO₂ → H₂SO₃
SO₃ → H₂SO₄

Водородные соединения

Элементы группы образуют летучие водородные соединения:

H₂O
H₂S
H₂Se

Значение халькогенов

кислород необходим для дыхания и горения;
сера используется при производстве серной кислоты;
соединения селена применяются в электронике и медицине.

Галогены

К семейству галогенов относятся:

фтор (F);
хлор (Cl);
бром (Br);
йод (I);
астат (At).

Все они расположены в VII группе Периодической системы.

Происхождение названия

Название происходит от греческих слов:

«соль»;
«рождающий».

То есть — «образующие соли».

Основные свойства

относятся к неметаллам;
имеют семь электронов на внешнем энергетическом уровне;
обладают высокой химической активностью;
являются сильными окислителями;
в природе встречаются только в составе соединений.

Агрегатные состояния

При обычных условиях:

Вещество	Состояние
F₂	Газ
Cl₂	Газ
Br₂	Жидкость
I₂	Твёрдое вещество

Реакции с металлами

Галогены активно взаимодействуют с металлами с образованием солей.

Пример:

2Na + Cl₂ → 2NaCl

Образуется хлорид натрия (поваренная соль).

Изменение свойств в группе

При движении сверху вниз:

F → Cl → Br → I

увеличивается атомный радиус;
уменьшается электроотрицательность;
ослабевают окислительные свойства;
снижается химическая активность.

Наиболее активным галогеном является фтор.

Водородные соединения

Галогены образуют:

HF
HCl
HBr
HI

При растворении в воде образуются кислоты:

HCl → соляная кислота
HF → плавиковая кислота

Значение галогенов

хлор используют для обеззараживания воды;
йод применяют как антисептик;
фтор входит в состав зубных паст;
соединения брома используют в химической промышленности.

Благородные (инертные) газы

К семейству благородных газов относятся:

гелий (He);
неон (Ne);
аргон (Ar);
криптон (Kr);
ксенон (Xe);
радон (Rn).

Все они расположены в VIII группе Периодической системы.

Почему их называют инертными?

Благородные газы очень редко вступают в химические реакции.

Основные свойства

являются неметаллами;
находятся в газообразном состоянии;
бесцветны и не имеют запаха;
обладают очень низкой химической активностью;
существуют в виде отдельных атомов.

Строение внешнего электронного слоя

У благородных газов внешний электронный слой полностью завершён:

He — 2 электрона;
Ne, Ar, Kr, Xe, Rn — по 8 электронов.

Поэтому их атомы очень устойчивы.

Изменение свойств в группе

При движении сверху вниз:

He → Ne → Ar → Kr → Xe → Rn

увеличивается атомный радиус;
повышается плотность;
возрастают температуры плавления и кипения.

Химическая активность остаётся крайне низкой.

Свечение благородных газов

При пропускании электрического тока благородные газы начинают светиться различными цветами.

Это свойство используется в рекламных вывесках и осветительных приборах.

Применение благородных газов

гелий используют для наполнения воздушных шаров и аэростатов;
неон применяют в рекламных вывесках;
аргон используют при сварке металлов;
ксенон применяют в мощных осветительных приборах и автомобильных фарах.

Главное запомнить

Основные естественные семейства элементов

Семейство	Группа
Щелочные металлы	I
Щелочноземельные металлы	II
Халькогены	VI
Галогены	VII
Благородные газы	VIII

Общая закономерность

Элементы одного семейства имеют сходное строение внешнего электронного слоя, поэтому проявляют сходные химические и физические свойства.