Химия. 9 класс. Учебник. Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Сладков С.А.

Учебное пособие «Химия. 9 класс» завершает новую линию учебников химии О. С. Габриеляна, И. Г. Остроумова и С. А. Сладкова для основной школы. Оно способствует совершенствованию универсальных учебных действий, предметных, экспериментальных и расчётных умений и навыков. Это позволяет эффективно подготовиться к сдаче ОГЭ по химии тем выпускникам основной школы, которые выберут такой экзамен. Учебное пособие создано в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта среднего общего образования.

Химия. 9 класс. Учебник. Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Сладков С.А.

 

Описание учебника

§ 1. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА В СВЕТЕ УЧЕНИЯ О СТРОЕНИИ АТОМА
1. Изготовьте 20 карточек, на которых запишите символы первых 20 химических элементов Периодической системы Д. И. Менделеева. Для каждого элемента запишите значение относительной атомной массы, характер простого вещества (металл или неметалл), формулы высшего оксида и гидроксида (основания или кислородсодержащей кислоты). Расположите карточки в один горизонтальный ряд в порядке возрастания относительных атомных масс элементов. Проанализируйте полученный ряд. В отличие от монотонно возрастающей атомной массы, свойства элементов в полученном ряду изменяются периодически: натрий похож на литий, магний — на бериллий, алюминий — на бор и т. д. Расположите карточки элементов со сходными свойствами друг под другом. Почему карточки «калий» и «аргон» нарушают порядок возрастания относительной атомной массы элементов (калий имеет меньшее значение относительной атомной массы, чем аргон)?
Конечно, ответ на этот вопрос кроется в теснейшей взаимосвязи Периодической системы и строения атомов химических элементов. Вспомните современную формулировку Периодического закона.
Свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся
в периодической зависимости от величин зарядов их атомных ядер.
Периодическая система Д. И. Менделеева — графическое отображение Периодического закона.
По своей сути Периодическая система отражает состав ядра и строение электронной оболочки каждого химического элемента.
Напомним, что атомы химических элементов состоят из положительно заряженных ядер и электронных оболочек. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Протоны несут единичный положительный заряд (+1), нейтроны же, как следует из названия этих частиц, электронейтральны. Число протонов в ядре атома определяет величину положительного заряда ядра. Так, ядро атома, в котором содержится 8 протонов, имеет заряд +8.
Как вы знаете, совокупность атомов с одинаковым положительным зарядом ядра называется химическим элементом.
Заряд атомного ядра химического элемента (а следовательно, и число протонов в нём) соответствует порядковому (атомному) номеру элемента в Периодической системе. Таким образом, все атомы водорода имеют заряд ядра +1, гелия +2, аргона +18, калия +19, т. е. никаких нарушений последовательности элементов в выстроенном вами фрагменте Периодической системы нет.
Вспомним, что положительно заряженное ядро атома окружено электронной оболочкой, состоящей из отрицательно заряженных элементарных частиц — электронов. Поскольку атом электронейтрален, число электронов в электронной оболочке равно числу протонов в ядре атома и, следовательно, также совпадает с атомным номером элемента.
Электроны в электронной оболочке атома располагаются слоями, которые более точно называются энергетическими уровнями.
У элементов первого периода один энергетический уровень, у элементов второго периода два и т. д. Следовательно, число энергетических уровней (электронных слоёв) атома соответствует номеру периода, в котором расположен элемент.
Каждый энергетический уровень может вместить ограниченное число электронов. Например, на самом ближнем к ядру первом уровне может располагаться не более 2 электронов, на втором — не более 8, на третьем — не более 18.
Распределение электронов по энергетическим уровням относительно ядра атома схематически изображают следующим образом, например для кальция:
или 20Са 2е;8е;8е;2е
Элементы одной группы имеют сходные свойства потому, что их атомы на внешнем энергетическом уровне содержат одинаковое число электронов, которое у элементов А-групп соответствует номеру группы.
Периодическая повторяемость в строении энергетических уровней атомов химических элементов является причиной периодичности изменения их свойств.
Давайте вспомним, о каких свойствах химических элементов идёт речь и как эти свойства изменяются в пределах одного периода или группы.
Одна из важных характеристик атома химического элемента — его радиус.
• В группе с ростом атомного номера элемента радиус атома увеличивается, поскольку увеличивается число энергетических уровней в электронной оболочке.
• В периоде с ростом атомного номера элемента радиус атома уменьшается, так как усиливается сила притяжения возрастающего числа электронов и положительно заряженного ядра (рис. 1).
Химические элементы проявляют металлические и неметаллические свойства в различной степени.
Рис. 2. Изменение металлических и неметаллических свойств химических элементов в периодах и группах
• В периоде с ростом атомного номера элемента металлические свойства ослабевают, неметаллические усиливаются. Это объясняется увеличением числа электронов на внешнем энергетическом уровне, в связи с чем способность к отдаче валентных электронов ослабевает, а стремление к присоединению электронов усиливается.
• В группе с ростом атомного номера элемента металлические свойства усиливаются, неметаллические ослабевают. Это объясняется увеличением радиуса атома, в связи с чем электроны внешнего энергетического уровня располагаются дальше от ядра и слабее с ним связаны (рис. 2).
Важной характеристикой химического элемента в образованных им соединениях является степень окисления (вспомните, что это такое).
В периоде максимальная степень окисления (в том числе в высших оксидах) увеличивается от +1 у щелочных металлов до +7 у галогенов (кроме фтора). Минимальная степень окисления неметаллов (в том числе в летучих водородных соединениях) увеличивается от -4 (у элементов IV группы) до -1 (у галогенов).
В группе максимальная степень окисления остаётся постоянной и совпадает для элементов А-групп с номером группы, в которой они расположены. Минимальная степень окисления неметаллов А-групп также не изменяется и может быть определена по формуле N — 8, где N — номер группы, в которой расположен неметалл. Напомним, что минимальная степень окисления металлов равна нулю.
На основании положения химического элемента в Периодической системе Д. И. Менделеева можно достаточно подробно спрогнозировать его свойства, свойства образованных им веществ, а также сравнить свойства данного элемента со свойствами его ближайших соседей по Периодической системе. Как давать такую характеристику химическому элементу, вы узнаете из материала следующего параграфа.
Ядро атома. Протон. Нейтрон. Химический элемент. Порядковый (атомный) номер. Электрон. Электронная оболочка. Энергетический уровень. Изменение свойств элементов в периодах и группах.
Проверьте свои знания
1. Охарактеризуйте структуру Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Что называется периодом, группой? Приведите названия элементов I А, VIIА и VIIIA групп.
2. В чём состоит физический смысл порядкового (атомного) номера элемента, номера периода и номера группы?
3. Охарактеризуйте изменение свойств химических элементов (радиус атома, металлические и неметаллические свойства) в периодах и группах. Объясните закономерности на основе строения атома.
Примените свои знания
1. В своих предсказаниях свойств неизвестных химических элементов Д. И. Менделеев основывался на том факте, что их относительные атомные массы представляют собой среднее арифметическое атомных масс ближайших элементов со сходными свойствами. Рассчитайте значения относительных атомных масс выделенных химических элементов в триадах, а затем сравните свой результат со значениями, приведёнными в Периодической системе.
Символы химических элементов: Li Na К S Se Те CI Br I Ca Sr Ва
Дг 7 ? 39 32 79 ? ? 80 127 40 ? 137
2. Расположите в порядке увеличения радиусов атомов следующие элементы:
а) алюминий, сера, хлор, магний;
б) олово, германий, свинец, углерод;
в) кислород, мышьяк, азот, фосфор;
г) калий, бериллий, натрий, литий.
3. Расположите в порядке усиления металлических свойств следующие элементы:
а) магний, рубидий, стронций, кальций;
б) литий, цезий, калий, натрий.
4. Расположите в порядке ослабления неметаллических свойств следующие элементы:
а) сера, хлор, фосфор, кремний;
б) теллур, сера, кислород, селен.
5. Укажите минимальную и максимальную степени окисления химических элементов: сера, фосфор, мышьяк, углерод, иод, азот, селен.
Используйте дополнительную информацию и выразите мнение
1. Электронных ресурсов, посвящённых Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, существует огромное количество. На страничке http://www. alhimik.ru/etcet/table.html приведены краткие аннотации различных интерактивных Периодических систем. Установите на свой компьютер один из вариантов интерактивной Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Какую информацию о каждом химическом элементе она содержит?
§ 2. ХАРАКТЕРИСТИКА
ХИМИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА ПО ЕГО ПОЛОЖЕНИЮ В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ
Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА
& Периодический закон и Периодическая система химических элементов / Д. И. Менделеева позволяют прогнозировать свойства элементов и образованных ими веществ. Каким образом?
Характеристика химического элемента может строиться по определённому плану.
1. Положение элемента в Периодической системе Д. И. Менделеева (атомный номер, период, группа).
2. Строение атома (заряд ядра и, следовательно, количество протонов, электронов, нейтронов); схема распределения электронов по энергетическим уровням.
3. Характер простого вещества, образованного данным химическим элементом (металл, неметалл).
4. Сравнение свойств простого вещества со свойствами простых веществ, образованных соседними по группе элементами.
5. Сравнение свойств простого вещества со свойствами простых веществ, образованных соседними по периоду элементами.
6. Максимальная степень окисления, формула высшего оксида и его характер (основный или кислотный).
7. Формула высшего гидроксида и его характер (основание или кислородсодержащая кислота).
8. Минимальная степень окисления и формула летучего водородного соединения (для неметаллов).
Проиллюстрируем приведённый план характеристиками двух химических элементов — металла и неметалла.
Характеристика металла на примере кальция
1. Атомный номер кальция 20 {Z = 20). Элемент кальций расположен во IIA группе Периодической системы Д. И. Менделеева, в четвёртом периоде.
2. Заряд ядра +20, оно содержит 20 протонов. Число нейтронов в ядре равно 20 (напомним, число нейтронов в ядре рассчитывается по формуле N = А — Z, где N — число нейтронов, А — массовое число, Z — порядковый номер). Число электронов на электронной оболочке также равно 20, так как атом электронейтрален. Схема распределения электронов по энергетическим уровням: 2ё; 8ё; 8е; 2ё.
3. На внешнем энергетическом уровне атома кальция два валентных электрона. Кальций — это элемент-металл. Простое вещество кальций, образованное атомами
данного химического элемента, также является металлом, следовательно, для него характерна металлическая связь и металлическая кристаллическая решётка, а отсюда и все типичные для металлов свойства: тепло- и электропроводность, пластичность, металлический блеск.
4. Металлические свойства у кальция выражены сильнее, чем у магния, но слабее, чем у стронция, что объясняется ростом радиуса атома в ряду Mg—Са—Sr.
5. Металлические свойства у кальция выражены слабее, чем у натрия, но сильнее, чем у скандия, что связано с увеличением числа валентных электронов в ряду Na—Са—Sc.
6. Максимальная степень окисления кальция равна +2, так как его атом содержит два валентных электрона. Формула высшего (и единственного) оксида кальция — СаО. Он является основным оксидом, следовательно, взаимодействует с кислотами, кислотными оксидами и водой (запишите уравнения соответствующих реакций).
7. Формула гидроксида кальция — Са(ОН)2. Он является растворимым основанием — щёлочью, следовательно, взаимодействует с кислотами, кислотными оксидами и солями (запишите уравнения соответствующих реакций в молекулярной и ионной формах, укажите условия их протекания).
8. Кальций не имеет летучего водородного соединения, но образует твёрдое бинарное соединение ионного типа — гидрид кальция СаН2 (составьте схему образования связи).
Характеристика неметалла на примере фосфора (изотоп 15 Р).
1. Атомный номер фосфора 15 {Z — 15). Фосфор расположен в VA группе Периодической системы Д. И. Менделеева, в третьем периоде.
2. Заряд атомного ядра +15, оно содержит 15 протонов и 16 нейтронов. На электронной оболочке — 15 электронов. Схема распределения электронов по энергетическим уровням: 2ё; 8ё; 5ё.
3. Фосфор образует несколько простых веществ — неметаллов, следовательно, для него характерно явление аллотропии.
4. Неметаллические свойства у фосфора выражены слабее, чем у азота, но сильнее, чем у мышьяка, что объясняется ростом радиуса атома в ряду N—Р—As.
5. Неметаллические свойства у фосфора выражены сильнее, чем у кремния, но слабее, чем у серы, что связано с увеличением числа валентных электронов в ряду Si—Р—S.
6. Максимальная степень окисления фосфора равна +5, так как его атом содержит пять валентных электронов. Формула высшего оксида фосфора — Р2^5-Это кислотный оксид, взаимодействует с водой, щелочами и основными оксидами (,запишите уравнения соответствующих реакций).
7. Гидроксид фосфора — фосфорная кислота Н3Р04 взаимодействует с основаниями, основными оксидами и солями (запишите уравнения соответствующих реакций в молекулярной и ионной формах, укажите условия их протекания).
8. Формула летучего водородного соединения — РН3 (составьте схему образования химической связи).
По приведённому выше плану подобные характеристики можно дать большинству химических элементов А-групп Периодической системы Д. И. Менделеева.
Однако в химическом мире не всё однозначно: не каждому металлу соответствует только основный оксид и основание. Некоторые металлы образуют также кислотные оксиды и кислородсодержащие кислоты и соединения, обладающие как основными, так и кислотными свойствами. Как характеризовать эти металлы, вы узнаете из следующего параграфа.
План характеристики химического элемента. Характеристика элемента-металла. Характеристика элемента-неметалла.

Химия. 9 класс. Учебник.