118 известных в настоящее время элементов периодической таблицы упорядочены по возрастанию атомного веса, но существует также несколько тенденций или взаимосвязей между элементами. Узнайте о трех тенденциях в периодической таблице Менделеева (диагональное соотношение, металлический характер и температура кипения) и узнайте, почему металлы являются отличными проводниками электричества.
Другие периодические взаимосвязи
Периодическая таблица Менделеева, содержащая 118 различных элементов, может быть немного ошеломляющей. Ключом к расшифровке этого попурри из букв и цифр является понимание того, как оно организовано. Ранее я разобрал периодическую таблицу, объяснив несколько основных взаимосвязей и тенденций между элементами и их положением в таблице. В этом последнем сегменте мы коснемся еще нескольких из этих тенденций: диагональных соотношений и тенденций в металлическом характере и точке кипения.
Диагональное соотношение
Во-первых, мы собираемся обсудить диагональные отношения.
Помните эти периодические тенденции - атомный радиус, энергия ионизации и электроотрицательность? Обычно тенденция, движущаяся вниз по периодической таблице, как правило, была полной противоположностью тенденции, движущейся поперек. Например, атомный радиус имел тенденцию увеличиваться по мере продвижения вниз по группе и уменьшаться по мере прохождения периода. Это противопоставление поддается нескольким диагональным отношениям. Например, литий и магний, бериллий и алюминий и некоторые другие будут иметь сходные атомные радиусы, сходные энергии ионизации и многие другие сходные физические и химические свойства.
Электроны в металлах легче возбуждаются, в результате чего энергия возвращается в виде видимого света или тепла.
Металлический характер
Далее мы рассмотрим металлический характер различных элементов. Когда вы слышите слово "металл", на ум должны прийти несколько слов или образов: блестящий, серебристый, хорошо проводит тепло и электричество и способен изгибаться без растрескивания. Чего вы, возможно, не знаете о металлах, так это того, почему они обладают всеми этими свойствами. Какая субатомная частица, по вашему мнению, отвечает за характеристики металлов? Если вы угадали электроны, то вы правы. Электроны могут приписать себе большую часть заслуг за действие в химии.
Так что же в этих электронах делает металлы такими блестящими и проводящими? Ключевым моментом здесь является то, насколько эти электроны прикреплены к ядру. Чем слабее притяжение, тем более они делокализованы, что означает, что они не чувствуют сильного притяжения к ядру и могут свободно перемещаться. Итак, если у меня есть кусок меди, эти ядра могут обладать сильным притяжением к внутренним электронам, но внешние - валентные электроны - удерживаются слабо. Это означает, что они могут перемещаться по всему куску меди столько, сколько им заблагорассудится, с очень небольшим сопротивлением. Эта способность электронов перемещаться является причиной того, что металлы настолько хорошо проводят тепло и электричество. В конце концов, электричество - это в значительной степени просто движущиеся электроны.
Почему же тогда металлы блестящие? Помните, как создается свет? Поступает энергия, электроны возбуждаются, электроны "падают" обратно вниз, и энергия уходит. Ну, поскольку металлы не очень сильно "удерживают" свои электроны, эти электроны могут возбуждаться намного легче. Даже если бы я посветил тусклым светом на кусок алюминия, у него было бы достаточно энергии, чтобы возбудить слабо связанные электроны, а затем они вернули бы эту энергию обратно. (Имейте в виду, что не все это возвращается в виде видимого света; часть его преобразуется в тепло.)
Элементы становятся менее металлическими по мере того, как вы перемещаетесь вправо по периодической таблице.
Температура кипения
Наконец, мы сравним точки кипения различных элементов. Это одна из самых странных тенденций, с которыми мы столкнулись. Прежде всего, точка кипения вещества - это температура, при которой вещество переходит из жидкой фазы в газовую. В периодической таблице Менделеева не наблюдается такой близкой тенденции к точкам кипения, как для других характеристик, но, надеюсь, вы знаете из своего повседневного опыта, что все металлы (такие как железо, медь и серебро) являются твердыми веществами при комнатной температуре, и у них температура кипения будет выше, чем у неметаллов (кислород, водород и гелий), которые все являются газами при комнатной температуре.
Однако, как правило, вы обнаружите, что точки кипения будут иметь тенденцию увеличиваться, а затем уменьшаться по мере перемещения слева направо по периоду периодической таблицы. Высшая точка находится в середине периодической таблицы (в области вольфрама). Сейчас групповые тенденции немного более неясны, за многими исключениями, поэтому мы не будем их освещать.
Краткое содержание урока
Здесь обсуждались последние несколько периодических тенденций и взаимосвязей. К чему это "сводится", так это к тому, что элементы, расположенные по диагонали (сверху слева направо) друг от друга, будут иметь схожие характеристики. Кроме того, металлический характер (блеск и проводимость) элементов уменьшается слева направо в течение периода и увеличивается сверху вниз по группе, а температура кипения делает что-то странное: она увеличивается, а затем уменьшается по всей периодической таблице с очень мало предсказуемой тенденцией среди групп. Последнее, но важное предостережение относительно всех периодических тенденций заключается в том, что они являются всего лишь обобщениями. Есть несколько исключений.
Надеемся, что после объединения всего, что вы знаете о периодических тенденциях, эта таблица из, казалось бы, случайных квадратов теперь должна выглядеть немного менее устрашающе и немного более привлекательно.