Triady Dobereinerów • Ivan Kharitonov • Popularne zadania naukowe na temat "Elementów" • Chemia

Triady Dobereinera

W 1829 r. Niemiecki chemik Johann Wolfgang Döbereiner podjął pierwszą znaczącą próbę usystematyzowania żywiołów (DI Mendelejew sformułował okresowe prawo 40 lat później, w 1869 r.). Döbereiner zauważył, że niektóre elementy podobne pod względem właściwości chemicznych można połączyć w grupy po trzy, które nazwał triadami:

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

I choć teraz wiemy, że Döbereiner miał rację, jego współcześni zareagowali bez entuzjazmu na jego założenia, wskazując na niedokładność i niekompletność tego systemu.

Zadanie

Zastanów się, jakie argumenty zrobił Döbereiner (na korzyść zjednoczenia się w triady) i jakie mogą być jego przeciwnicy (przeciwko takiej unifikacji)? Poprzyj swoje założenia przykładami istotnych reakcji chemicznych lub związków chemicznych.


Podpowiedź

Aby potwierdzić ideę Döbereiner należy zwrócić uwagę na najwyższy stopień utlenienia.
Obalenie – spróbuj rozważyć reakcje redoks i różne stany jako prostą substancję lub różne związki.


Rozwiązanie

1. Po potwierdzeniu prawa wszystko jest całkiem proste.

a) M = (Li, Na, K). Dla pierwszej grupyże wszystkie te metale mają bardzo silne właściwości redukujące – wystarczające do doprowadzenia nawet wodoru do stanu utlenienia -1:
2M + H2 = 2MH,

i zredukować wodór z wody:
2H2O + 2 M = 2MOH + H2↑,

w postaci chlorowców tworzy rozpuszczalne sole w wodzie:
2M + I2 = 2MI
2M + F2 = 2MF
2M + Cl2 = 2MCl
2M + Br2 = 2MBr

W tym samym czasie metale ZAWSZE mają stan utlenienia +1 lub 0:
2M + 2HCl (dec.) = 2MCl + H2
2M + 3H2SO4 (stęż.) = 2 MHR4 + SO2↑ + 2H2O
3M + 4HNO3 (col.) = 3MNO3 + NO ↑ + 2H2O
2M + H2 = 2MH
4M + O2 = 2M2O
2 M + S = M2S
6M + N2(mokro) = 2M3N
6M + N2 = 2M3N
2 M + 2C = M2C2
4M + Si = M4Si
2 M + 2NH3 = 2MNH2 + H2
2M + NH3 = M2NH + H2
2NH3 + 2M = 2MNH2 + H2
NH3 + 2M = M2NH + H2.

b) M = (Ca, Sr, Ba). Metale z drugiej grupy są również dość silnymi środkami redukującymi, ale nie są tak aktywne jak metale z pierwszej grupy; również zmniejszyć wodór z wody, ale bez wybuchu:
2H2O + M = M (OH)2 + H2↑,

z halogenami tworzą związki w stanie utlenienia +2:
M + F2 = MF2
M + Cl2 = MCl2
M + Br2 = MBr2
M + I2 = MI2.

Zasadniczo metale z drugiej grupy preferują związki w stanie utlenienia +2, stopień utlenienia +1 jest niezwykle rzadki; odpowiednio, w postaci metali, są w stanie utlenienia 0:
2CO2 + 5M = MC2 + 4MO
2P (czerwony) + 3M = M3P2
2M + O2 = 2MO
V2O5 + 5 M = 2 V + 5MO
Cr2O3 + 3M = 2Cr + 3MO
2CrCl3 + 3M = 2Cr + 3MCl2
M + 2H2O = M (OH)2↓ + H2
2M + H2O (para) = MO + MH2
M + 2 HCl (dec.) = MCl2 + H2
4M + 10HNO3 (kol.) = 4 M (NIE3)2 + N2O ↑ + 5H2O
4M + 10HNO3 (bardzo dobrze) = 4 M (NIE3)2 + NH4NIE3 + 3H2O
M + H2 = MH2
2M + O2 = 2MO
M + S = MS
3M + N2 = M3N2
3M + 2P (czerwony) = M3P2
M + 2C (grafit) = MC2
6 M + 2NH3 (g) = M3N2 + 3MH2
M + 6NH3 (g) = [M (NH3)6] (syn.)
M + 2NH3 (g) = M (NH2)2↓ + H2
2 As + M = MA2
M + H2 = MH2
M + 2H2O = M (OH)2 + H2
3M + N2 = M3N2
M + 6NH3 = M (NH3)6

c) M = (P, As, Sb). Wszystkie trzy elementy trzeciej grupy objawiają się jako utleniacze i reduktory:
3Zn + 2M = Zn3M2
10NO + 4M = 5N2 + M4O10
10NO2 + 8M = 5N2 + 2M4O10
2 M (czerwony) + 3 Ca = Ca3M2
5HNO3 (stęż.) + M = H3MO4 + 5NO2↑ + H2O.

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

d) M = (S, Se, Te). Elementy czwartej grupy wykazują właściwości utleniające i redukujące:
H2 + M = H2M
2M + Br2 = M2Br2
M + 3F2 = MF6,

tworzą stabilne związki w stanach oksydacyjnych -2, 0, +4, +6, co jest dość charakterystyczną cechą:
M + H2 = H2M
2Ag + M = Ag2M
Zn + M = ZnM
Ni + M = NiM (czarny)
2Li + M = Li2M
2LiH + 2M = Li2M + H2M
C + 2M = CM2
CO + M = CMO
NaCN (parametr) + M = NaNCM
KCN (kol.) + 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 (czerwony) + 9M = P4M9
P4O6 + 9M = P4M6 + 3MO2
2NaH + 2M = Na2M + H2M
2Na2O2 + M = Na2MO3 + Na2O
P4M3 + 2M = P4M5

e) M = (Cl, Br, I). W przypadku piątej grupy, halogeny, preferowanym stanem utlenienia jest -1 i 0, ale są również +1, +3, +5, +7. Stany utleniania +2, +4 są niestabilne. Wszystkie te pierwiastki są niemetale i mają, być może, największy zestaw stanów utlenienia (i odpowiednio typowe związki z innymi pierwiastkami układu okresowego):
Na2SO3 + 2NaOH + M2 = Na2SO4 + 2NaM + H2O
K2SO3 + 2KOH (stęż.) + M2 = K2SO4 + 2 KM + H2O
2Na + M2 = 2NaM
Zn + M2 = ZnM2
Ca + M2 = CaM2
Ba + M2 = BaM2
2Cr (proszek) + 3M2 = 2CrM3
2K + M2 = 2KM
2Ag + M2 = 2AgM
2Rb + M2 = 2RbM
SM + 2M2 = SMM4
2NH2OH + 2KOH (przerwa) + M2 = N2↑ + 2KM + 4H2O
2NaOH (zimny) + M2 + H2S (g) = 2NaM + S ↓ + 2H2O
M2 + 2NaOH (kol.) = NaM + NaMO + H2O
3M2 + 6NaOH (m) = 5NaM + NaMO3 + 3H2O
M2 + 5O3 + H2O = 2HMO3 + 5O2
5 mln2 + 2P (czerwony) + 8H2O = 2H3PO4 + 10HM
M2 + 2Na = 2NaM
M2 + 7KrF2 = 2MF7 + 7Kr
M2 + 5H2O2 (stęż., góry) = 2HMO3 + 4H2O
M2 (zawieszenie) + H2S (nasycony) = 2HM + S ↓
M2 + SO2 + 2H2O = 2HM + H2SO4
HMO + M2 = M2• HMO
2Cr + 3M2 = 2CrM3 (czarny)
Cr + M2 = CrM2 (czerwony)
Fe + M2 = FeM2
2 Al (proszek) + 3M2 = 2 Al3
Na2CO3 (stęż., góry.) + 3M2 = 5NaM + NaMO3 + 3 CO2
H2 + M2 = 2HM
M2 + AgNO3 = AgM + MNO3
M2 + H2SO3 + H2O = h2SO4 + 2HM
M2 + 10HNO3 = 2HMO3 + 10NO2 + 4H2O
2M2 + 3O3 = M4O9
N2H4 + 2M2 = 4HM + N2

2. Ale z obaleniem wszystko jest o wiele bardziej interesujące.

a) W przypadku pierwszej grupy wszystko jest dość proste, konieczne jest rozważenie reakcji z tlenem lub ozonem:

Lit zawsze tworzy tlenki:
4Li + O2 = 2Li2O,

sód ma tendencję do tworzenia nadtlenków:
2Na + O2= Na2O2,

i potas – supertlenki lub supertlenki:
K + O2 = KO2,
i podczas reakcji z ozonem:
K + O3 = KO3.

b) W drugiej grupie występują poważne problemy, ale ogólnie rzecz biorąc możesz spróbować grać na drobiazgach:

wapń nie tworzy ozonków, tj.
MO2 + O3 = MO3 (M = Sr, Ba),

i Ba (OH)2 dobrze rozpuszczalny w wodzie – w przeciwieństwie do sąsiadów w grupie. Ponieważ chemia nieorganiczna jest ogólnie rozpuszczalnym wodorotlenkiem, jest bardzo ważna.

c) Fosfor, w przeciwieństwie do swoich sąsiadów w grupie, jest stabilnym układem tetraedrów P4 (w przeciwieństwie do arsenu i antymonu, które mają metalową siatkę, a także tworzą stabilny tlenek M4O6 (w przeciwieństwie do fosforu, który natychmiast utlenia się w powietrzu z P4O7 do P4O9 – tak, tutaj znajdują się podręczniki szkolne).

W strukturze wyższych tlenków również różnią się one dość znacząco: antymon ma skłonność do tworzenia struktur oktaedrycznych i fosforu – struktur tetraedrycznych; Arsen tworzy pośrednie warianty, czyli mieszaninę ośmiościanów i tetraedrów.

Ponadto, Sb2O5 nie jest higroskopijny (nie chce pobierać wody z powietrza) i nie rozpuszcza się w ogóle w wodzie.

d) Siarka jako prosta substancja jest stabilna w stanie przypominającym koronę S.8.

Selen tworzy także tak zwany czerwony selen Se, gdy jest on zredukowany.8, ale nie jest stabilny i przechodzi w łańcuchy polimerowe.

Tellur formuje je natychmiast.

Ponadto, kwas selenowy tworzy stabilne kompleksy ze złotem i ma związek, w którym wykazuje stan utlenienia "5+": Se2O5.

Sole telluru są zwykle ortosolami, to znaczy mają resztę w postaci TeO6(6).

Orientacyjna jest również reakcja kwasów siarkowych, selenowych i tellurowych z jodem:
H2SO3 + I2 = (brak reakcji)
H2Seo3 + I2 = HIO3 + Se + H2O
H2Teo3 + I2= H4TeI4(Och)2

e) No cóż, wreszcie, z halogenami, wszystko jest również oczywiste:

Chlor jest typowym utleniaczem, jod jest typowym czynnikiem redukującym i raczej dziwnym jest przypisać je do jednej grupy, na pierwszy rzut oka.


Posłowie

Problem systematyzacji, uogólnienia i zrozumienia struktury jest ostry we wszystkich obszarach wiedzy. Teraz w szkole zwyczajowo idzie się w odwrotny sposób: od opisu elektronowych orbitali do chemicznych właściwości substancji, a zatem niewiele osób zastanawia się, skąd wziął się pomysł struktury elektronu. Kiedy ustanowiono prawo okresowe, istniało wiele problemów z tym, że nie wszystkie elementy zostały następnie odkryte, nie wszystkie elementy rozumiane, ta czysta substancja lub związek – tak zwany "element fałszywy", który z reguły był stabilnym tlenkiem niektórych pierwiastków – i ogólnie, dlaczego wszystko nie składa się z czterech fundamentalnych zasad, jak wcześniej zakładali alchemicy.

Debereiner był jednym z pierwszych, który domyślił się, jak podejść do systematyzacji wiedzy chemików tamtych czasów. Dobrze zrozumiał, że konieczne jest rozważenie zależności właściwości chemicznych od ciężarów atomowych. A jego prawo w oryginalnym sformułowaniu brzmi następująco: "Jeśli umieścimy trzy elementy o podobnych właściwościach chemicznych w porządku rosnącym ich ciężarów atomowych, to ciężar atomowy drugiego (środkowego) elementu będzie równy średniej arytmetycznej mas atomowych pierwszego i trzeciego".Pomagał mu szwedzki chemik Joens Jakob Berzelius, który stworzył prototyp nowoczesnej nomenklatury pierwiastków i związków chemicznych. Wreszcie, Leopold Gmelin, niemiecki chemik, znany z pracy nad badaniem atomowych ciężarów pierwiastków, potwierdził swoje dane.

Zamiast nazwy "Periodic Table", nazwa "periodic system of elements" jest używana za granicą, co jest do pewnego stopnia prawdziwe, ponieważ wielu chemików pracowało nad jej utworzeniem. Chociaż należy zauważyć, że Mendelejewowi udało się opracować i narysować linię przez ponad czterdzieści lat poszukiwań – co więcej, przewidział właściwości i masę atomową trzech innych elementów, które nie były wtedy otwarte, a jeśli nie na śmierć, to prawdopodobnie powinien był otrzymać Nagroda Nobla.


Like this post? Please share to your friends:

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