"Dobereiner Triads" • Ivanas Kharitonovas • "Elementai" populiariosios mokslinės užduotys • Chemija

„Dobereiner's Triads“

1829 m. Pirmasis reikšmingas bandymas sisteminti elementus padarė vokiečių chemikas Johann Wolfgang Döbereiner (po 40 metų po 1869 m. DI Mendelejevas parengė savo periodinį įstatymą). Döbereiner pastebėjo, kad kai kurie cheminių savybių elementai gali būti sujungti į tris grupes, kurias jis pavadino triadais:

a) Li, Na, K
b) Ca, Sr, Ba
c) P, As, Sb
d) S, Se, Te
e) Cl, Br, I

Ir nors mes dabar žinome, kad Döbereiner buvo teisus, jo amžininkai be entuziazmo reagavo į savo prielaidas, nurodydami šios sistemos netikslumą ir neišsamumą.

Užduotis

Pagalvokite, kokius argumentus Döbereiner (už vienybę į triadas) ir ką jo oponentai gali (prieš tokį suvienijimą)? Remkitės savo prielaidomis su atitinkamų cheminių reakcijų ar junginių pavyzdžiais.


Užuomina

Norėdami patvirtinti Döbereiner idėją, atkreipkite dėmesį į didžiausią oksidacijos laipsnį.
Norėdami paneigti – bandykite apsvarstyti redokso reakcijas ir įvairias būsenas kaip paprastą medžiagą ar įvairius junginius.


Sprendimas

1. Įstatymo patvirtinimu viskas yra gana paprasta.

a) M = (Li, Na, K). Pirmojoje grupėjekad visi šie metalai turi labai stiprias atpalaidavimo savybes – pakankamas, kad net vandenilį būtų galima gauti oksidacijos būsenoje -1:
2M + H2 = 2 MH,

ir sumažinti vandenilio kiekį iš vandens:
2H2O + 2M = 2MOH + H2↑,

su halogenais sudaro vandenyje tirpias druskas:
2M + I2 = 2MI
2M + F2 = 2MF
2M + Cl2 = 2 MCl
2M + br2 = 2MBr

Tuo pačiu metu metalai visada turi oksidacijos būseną +1 arba 0:
2M + 2HCl (dek.) = 2MCl + H2
2M + 3H2Taip4 (conc.) = 2MHSO4 + SO2↑ + 2H2O
3M + 4HNO3 (col.) = 3MNO3 + NO ↑ + 2H2O
2M + H2 = 2MH
4M + O2 = 2M2O
2M + S = M2S
6M + N2(drėgnas) = ​​2M3N
6M + N2 = 2M3N
2M + 2C = M2C2
4M + Si = M4Si
2M + 2NH3 = 2MNH2 + H2
2M + NH3 = M2NH + H2
2NH3 + 2M = 2MNH2 + H2
NH3 + 2M = M2NH + H2.

b) M = (Ca, Sr, Ba). Antrosios grupės metalai taip pat yra gana stiprūs reduktoriai, bet ne tokie aktyvūs kaip pirmosios grupės metalai; taip pat mažina vandenilio susidarymą vandenyje, bet be sprogimo:
2H2O + M = M (OH)2 + H2↑,

su halogenais, jie sudaro junginius oksidacijos būsenoje +2:
M + F2 = MF2
M + Cl2 = MCl2
M + Br2 = MBr2
M + I2 = MI2.

Iš esmės antros grupės metalai pageidauja junginių oksidacijos būsenoje +2, oksidacijos laipsnis +1 yra labai retas; atitinkamai, metalų pavidalu, jie oksidacijos būsenoje 0:
2CO2 + 5M = MC2 + 4MO
2P (raudona) + 3M = M3P2
2M + O2 = 2MO
V2O5 + 5M = 2V + 5MO
Cr2O3 + 3M = 2Cr + 3MO
2CrCl3 + 3M = 2Cr + 3MCl2
M + 2H2O = M (OH)2↓ + H2
2M + H2O (garas) = ​​MO + MH2
M + 2HCl (dek.) = MCl2 + H2
4M + 10HNO3 (col.) = 4M (NO3)2 + N2O ↑ + 5H2O
4M + 10HNO3 (labai gerai) = 4M (NO3)2 + NH4NE3 + 3H2O
M + H2 = MH2
2M + O2 = 2MO
M + S = MS
3M + N2 = M3N2
3M + 2P (raudona) = M3P2
M + 2C (grafitas) = ​​MC2
6M + 2NH3 (g) = M3N2 + 3 MH2
M + 6NH3 (g) = [M (NH3)6] (sin.)
M + 2NH3 (g) = M (NH2)2↓ + H2
2As + M = MAs2
M + H2 = MH2
M + 2H2O = M (OH)2 + H2
3M + N2 = M3N2
M + 6NH3 = M (NH3)6

c) M = (P, As, Sb). Visi trys trečios grupės elementai pasireiškia kaip oksidatoriai ir reduktoriai:
3Zn + 2M = Zn3M2
10NO + 4M = 5N2 + M4O10
10NO2 + 8M = 5N2 + 2M4O10
2M (raudona) + 3Ca = Ca3M2
5HNO3 (konc.) + M = H3MO4 + 5NO2↑ + H2O.

Yra oksidacijos būsenos -3, 0, +3, +5:
5HClO3 + 6M + 9H2O = 5HCl + 6H3MO4
2M + 3Cl2 = 2 MCl3
2M + 8H2O = 2H3MO4 + 5H2
3M + 5HNO3 + 2H2O = 3H3MO4 + 5NO
4M + 10S = M4S10.

d) M = (S, Se, Te). Ketvirtosios grupės elementai turi tiek oksidacines, tiek redukuojančias savybes:
H2 + M = H2M
2M + br2 = M2Br2
M + 3F2 = MF6,

formuoja stabilius junginius oksidacijos būsenose -2, 0, +4, +6, o tai yra gana būdinga savybė:
M + H2 = H2M
2Ag + M = Ag2M
Zn + M = ZnM
Ni + M = NiM (juodas)
2Li + M = Li2M
2LiH + 2M = Li2M + H2M
C + 2M = CM2
CO + M = CMO
NaCN (par.) + M = NaNCM
KCN (col.) + M = KNCM
Mi + M = MiM
Mi + 2M = MiM2
Mn + 2M = MnM2
Pbo2 + 2M = PbM + MO2
2PbCO3 + 3M = 2PbM + 2CO2 + MO2
2NO2 + 2M = N2 + 2MO2
4P (raudona) + 9M = P4M9
P4O6 + 9M = P4M6 + 3MO2
2NaH + 2M = Na2M + H2M
2Na2O2 + M = Na2MO3 + Na2O
P4M3 + 2M = P4M5

e) M = (Cl, Br, I). Dėl penktos grupės halogenų pageidaujama oksidacijos būklė yra -1 ir 0, tačiau taip pat yra +1, +3, +5, +7. Oksidacijos būsenos +2, +4 yra nestabilios. Visi šie elementai yra nemetalai ir galbūt yra didžiausias oksidacijos būsenų rinkinys (ir atitinkamai tipiniai junginiai su kitais Periodinės lentelės elementais):
Na2Taip3 + 2NaOH + M2 = Na2Taip4 + 2NaM + H2O
K2Taip3 + 2KOH (conc.) + M2 = K2Taip4 + 2KM + H2O
2Na + M2 = 2NaM
Zn + M2 = ZnM2
Ca + M2 = CaM2
Ba + M2 = BaM2
2Cr (milteliai) + 3M2 = 2CrM3
2K + M2 = 2KM
2Ag + M2 = 2AgM
2Rb + M2 = 2RbM
SM + 2M2 = SMM4
2NH2OH + 2KOH (pertrauka) + M2 = N2↑ + 2KM + 4H2O
2NaOH (šalta) + M2 + H2S (g) = 2NaM + S ↓ + 2H2O
M2 + 2NaOH (col.) = NaM + NaMO + H2O
3M2 + 6NaOH (m) = 5NaM + NaMO3 + 3H2O
M2 + 5O3 + H2O = 2HMO3 + 5O2
5 m2 + 2P (raudona) + 8H2O = 2H3PO4 + 10HM
M2 + 2Na = 2NaM
M2 + 7KrF2 = 2MF7 + 7 Kr
M2 + 5H2O2 (conc., mountains) = 2HMO3 + 4H2O
M2 (suspensija) + H2S (sat.) = 2HM + S ↓
M2 + SO2 + 2H2O = 2HM + H2Taip4
HMO + M2 = M2• HMO
2Cr + 3M2 = 2CrM3 (juodas)
Cr + M2 = CrM2 (raudona)
Fe + M2 = FeM2
2Al (milteliai) + 3M2 = 2 AlM3
Na2CO3 (conc., kalnai.) + 3M2 = 5NaM + NaMO3 + 3CO2
H2 + M2 = 2HM
M2 + AgNO3 = AgM + MNO3
M2 + H2Taip3 + H2O = h2Taip4 + 2HM
M2 + 10HNO3 = 2HMO3 + 10NO2 + 4H2O
2M2 + 3O3 = M4O9
N2H4 + 2M2 = 4HM + N2

2. Tačiau su paneigimu viskas yra daug įdomiau.

a) Pirmajai grupei viskas yra gana paprasta, būtina atsižvelgti į deguonies ar ozono reakcijas:

Liitija visada formuos oksidus:
4Li + O2 = 2Li2O,

natris yra linkęs formuoti peroksidus:
2Na + O2= Na2O2,

ir kalio – superoksidai arba superoksidai:
K + O2 = KO2,
ir reaguojant su ozonu:
K + O3 = KO3.

b) Antroje grupėje yra didelių problemų, bet apskritai taip pat galite pabandyti žaisti trifles:

kalcis nesudaro ozonidų, t. y.
MO2 + O3 = MO3 (M = Sr, Ba),

ir Ba (OH)2 gerai tirpsta vandenyje – kitaip nei jų kaimynai grupėje. Kadangi neorganinės chemijos paprastai yra tirpūs hidroksidai, tai labai svarbu.

c) Fosforas, priešingai nei jo kaimynai grupėje, yra stabili tetraedrų P sistema4 (skirtingai nei arseno ir stibio, kurių metalinės grotelės, taip pat sudaro stabilų oksidą M4O6 (skirtingai nuo fosforo, kuris akimirksniu oksiduojasi ore iš P4O7 į P4O9 – taip, čia melo mokyklos vadovėliai).

Aukštesniųjų oksidų struktūroje jie taip pat labai skiriasi: stibio formos sudaro oktahedralines struktūras, o fosforo – tetraedrines struktūras; Arsenas sudaro tarpinius variantus, tai yra oktaedrų ir tetraedrų mišinys.

Be to, Sb2O5 ne higroskopinis (nesiekia paimti vandens iš oro) ir visai neištirpęs vandenyje.

d) Sieros, kaip paprastos medžiagos, yra stabilios corona-like valstybėje S8.

Selenas taip pat sudaro vadinamąjį raudoną seleną Se, kai jis yra sumažintas.8, tačiau jis nėra stabilus ir patenka į polimero grandines.

Teliuras formuoja jas nedelsiant.

Be to, seleno rūgštis formuoja stabilius kompleksus su auksu ir turi junginį, kuriame jo oksidacijos būsena yra "5+": Se2O5.

Tebūvio druskos paprastai yra ortozoliai, tai yra, jie turi TeO formos likučius6(6).

Orientacinė taip pat yra sieros, seleno ir teļurinės rūgščių reakcija su jodu:
H2Taip3 + I2 = (be reakcijos)
H2Seo3 + I2 = HIO3 + Se + H2O
H2Teo3 + I2= H4TeI4(O)2

e) Na, pagaliau, su halogenais, viskas taip pat gana akivaizdi:

Chloras yra tipiškas oksidatorius, jodas yra tipiškas redukuojantis agentas, ir yra gana keista, kad iš pirmo žvilgsnio priskirti jas vienai grupei.


Po žodžio

Sistema susisteminimo, apibendrinimo ir supratimo problema yra aktuali visose žinių srityse. Dabar mokykloje įprasta eiti "atvirkščiu" būdu: nuo elektroninių orbitolo apibūdinimo iki medžiagų cheminių savybių, todėl mažai žmonių galvoja apie tai, iš kur atsirado elektronų struktūros idėja. Kai buvo nustatytas periodiškas įstatymas, buvo daug problemų dėl to, kad vėliau buvo atrasti ne visi elementai, o ne visi suprasti elementai – ši grynoji medžiaga ar junginys – vadinamasis "klaidingas elementas", kuris paprastai būdavo stabilus kai kurių elementų oksidų – ir apskritai, kodėl viskas susideda ne iš keturių pagrindinių principų, kaip anksčiau buvo pripažinę alchemikai.

Debereineras buvo vienas iš pirmųjų, kuris prisiminė, kaip susitvarkyti su tų laikų chemikų žinių sistemingumu. Jis teisingai suprato, kad būtina atsižvelgti į cheminių savybių priklausomybę nuo atominių svorių. Pradinėje formuluotėje jo įstatymas yra toks: "Jei mes dedame tris panašių cheminių savybių elementus didėjančia jų atominių svorių tvarka, tada antrojo (vidurinio) elemento atominis svoris bus lygus pirmojo ir trečiojo atominių svorių aritmetiniam vidurkiui."Jam padėjo Švedijos chemiko Jöns Jakob Berzelius, kuris sukūrė modernios cheminių elementų ir junginių nomenklatūros prototipą. Pagaliau jo duomenys patvirtino Vokietijos chemikas Leopoldas Gmelinas, kuris buvo žinomas už savo darbą atominių elementų svorio tyrime.

Vietoje pavadinimo "Periodinė lentelė" pavadinimas "periodinė elementų sistema" naudojamas užsienyje, kuris tam tikru mastu yra tiesa, nes daugybė chemikų dirbo jo kūrimo procese. Nors reikėtų pažymėti, kad Mendelejevas sugebėjo plėtoti ir parengti liniją daugiau nei keturiasdešimt metų, be to, jis prognozavo savybes ir atominę masę dar trims elementams, kurie tuo metu nebuvo atviri, o gal ne mirties atveju, tad jis tikriausiai turėjo būti gavęs Nobelio premija.


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: