Почему элементы объединяют в семейства?

Опорная карта

Учебная модель · частицы и расстояния не в масштабе

Ситуация и вопрос

В дневнике исследователя появилась гипотеза: если Na находится над K, то их вещества совершенно одинаковы. Проверим, что действительно объединяет соседей по группе. Для этого нужны карточки элементов, а не образцы металлов или газов. Похожее строение помогает искать закономерности, но не отменяет различий между веществами.

Новые слова без пропусков

Семейство элементов — название группы с общими химическими чертами. Li, Na и K относятся к щелочным металлам группы 1. H находится в той же группе, но не является щелочным металлом. Mg и Ca — щёлочноземельные металлы группы 2. F и Cl — галогены группы 17. He, Ne и Ar — благородные газы группы 18.

Предскажите

Предскажите, какая пара имеет более близкое строение внешнего слоя нейтральных атомов: Li и Na или Na и Cl. Запишите причину до проверки. Затем отдельно решите, можно ли по положению H над Li назвать водород металлом. Не подменяйте вопрос о строении вопросом о внешнем виде вещества.

Исследуйте или разберите данные

Составьте бумажную таблицу «элемент — группа — распределение электронов — внешний слой». Данные: Li 2,1; Na 2,8,1; K 2,8,8,1; Mg 2,8,2; Ca 2,8,8,2; F 2,7; Cl 2,8,7; He 2; Ne 2,8; Ar 2,8,8. Сначала найдите повторяющиеся последние числа, затем сопоставьте их с группами.

Разобранный пример

У Li и Na по одному внешнему электрону, но число занятых слоёв различается. У F и Cl по семь внешних электронов. У Ne и Ar внешний слой содержит восемь, а у He первый и единственный слой заполнен двумя. Поэтому He стоит в группе 18: нельзя механически требовать восемь внешних электронов от любого её элемента.

Где легко ошибиться

Ошибка: считать сходство обещанием одинаковой скорости реакции, одинаковой температуры плавления или полной безопасности. Даже внутри семейства свойства различаются. «Благородный газ» не означает «никогда не образует соединений». Не проверяйте реакции щелочных металлов с водой и не получайте галогены: этот урок целиком выполняется по данным.

Перенос в новый случай

На новой карточке написано: нейтральный атом 2,8,8,2. Найдите элемент и ближайшего изученного соседа по семейству. Какие сведения потребуются, чтобы сравнить реальные вещества по температуре плавления? Отметьте, где таблица помогает предсказать сходство, а где нужны отдельные измерения.

Ответ и проверка памяти

Проверка: это Ca, группа 2; сравниваем с Mg. Температуры плавления надо взять из надёжного справочника при одинаковых условиях, а не вывести из числа внешних электронов. По памяти назовите четыре семейства и два исключения, разобранные в уроке. В деле о соли запишите: Na и Cl относятся к разным семействам; свойства их соединения потребуют отдельного объяснения.

Задание

1. Является ли H щелочным металлом?
2. Сколько внешних электронов у He и Ne?
3. Зачем сравнивать Li и Na?

Ответы

Запись в дневнике

Запишите первоначальный ответ, использованные данные, исправленное объяснение и границу вывода. Затем закройте пример и объясните новый случай своими словами. Если ошиблись, укажите конкретный шаг: чтение карточки, счёт частиц, выбор модели или вывод.

Когда вернуться

Закройте страницу и через 10 минут воспроизведите карту, определите термины своими словами и решите новый случай. Через сутки и через неделю повторите без подсказки. Если ошибка осталась, вернитесь к разобранному примеру и запишите, какой шаг был пропущен.

Источники и границы модели

• IUPAC: periodic table
• ACS: energy-level models

Как распределить электроны первых 20 элементов?

Металлы и неметаллы: что можно заключить по свойствам?