ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Периодический закон и периодическая система химических элементов из "Теоретические основы современного качественного анализа" В этом разделе мы напомним некоторые положения, известные из курса неорганической химии, и рассмотрим подробно те из них, которые имеют значение для качественного химического анализа, т. е. для характеристики и предсказания индивидуальных химических свойств отдельных элементов. [c.11] Периодический закон Менделеева в современной формулировке выражается следующим образом химические и многие физические свойства элементов и их соединений являются периодической функцией последовательно изменяющихся атомных номеров. [c.11] Каждая из форм периодической системы наиболее подходит для решения той или иной задачи, подчеркивает те или иные особенности взаимоотношений между элементами. Ни одна нз них не исчерпывает, конечно, тех связей, тех отношений сходства и различий, которые реально существуют между отдельными элементами и выражаются, в частности, в их геохимической близости (т. е. совместности их нахождения в природе и технологически перерабатываемом сырье). Аналитик же должен разделить и затем определить эти геохимически и технологически близкие элементы, используя имеющиеся между ними различия в химических или физических свойствах. С другой стороны, аналитик имеет дело и с далекими друг от друга элементами, сближаемыми либо природой (преимущественно в живых организмах, где соседствуют органические и минеральные составляющие, например структурные белки и ферменты, витамины и соли), либо технологией (легирующие компоненты в широком смысле слова). [c.13] Основные схемы разделения (как грубого, так и тонкого) основываются на периодической системе элементов. [c.13] Схемы тонкого разделения удобнее создавать на основе длиннопериодной формы системы элементов, поскольку она дает возможность оценивать химические свойства элементов не только по закономерностям отношений между большими группами элементов, как блочная система, и не только на основании закономерностей в группах и подгруппах, как таблица Томсена — Бора, но и на основе так называемого диагонального сходства (т. е. сходства между элементами, стоящими в соседних рядах и в соседних подгруппах, например. [c.14] Наряду с классификациями элементов, прямо связанными с периодической системой (периоды, группы, подгруппы, ряды, блоки), исторически сложились еще иные, которые отражают те или иные существенные особенности соответствующих элементов, имеющие значение для рассматриваемой проблемы. Из числа этих классификаций для химического анализа имеет значение старейшее по происхождению деление элементов на металлы и неметаллы. Это деление первоначально основывалось и сейчас еще включает в себя состояние соответственных простых веществ при обычных условиях. В химическом отношении, что важно для аналитической химии, оно выражает тенденцию к образованию, по крайней мере в низших валентных состояниях, катионов (металлы) или анионов (неметаллы), причем речь идет как о простых анионах, так и о сложных (т. е. типа 8 - и МОг)-Для аналитической химии это деление издавна имеет колоссальное значение, так как катионы разделяют посредством ионных реакций с различными анионами (классический сероводородный метод качественного анализа, бессероводородные неорганические схемы анализа катионов), а анионы — соответственно с катионами. В последние десятилетия присоединились ионообменные методы разделения и методы разделения ионов с помощью электролиза. Кроме металлов и неметаллов, часто в последнее время различают еще полуметаллы, или иначе металлоиды (что не следует путать с устаревшим применением термина металлоид как синонима слова неметалл ). К ним относятся элементы, обладающие как в виде простых веществ, так и в соединениях промежуточными свойствами бор, кремний, германий, мышьяк, сурьма, теллур, астат. [c.15] В соответствии с теорией Бренстеда—Лоури, кислотой является соединение — донор протонов. Чем электро-фильней элемент, тем прочнее связывают его атом электроны и электронные пары, тем легче он отдает положительно заряженный протон. Это одинаково относится к кислородсодержащим и бескислородным кислотам. Для того чтобы в этом убедиться, достаточно привести некоторые примеры. Для водородных и кислородсодержащих кислот элементов VIIА и VIA групп (I, Вг, С1 и S, Se, Те) в табл. 1.2-1 сопоставлены значения отрицательных логарифмов констант диссоциации (р/Са) и электроотрицательностей атомов по Полингу (ЭО). [c.16] Аналогично изменяется окислительная способность неметаллов — от самого сильного окислителя — атома фтора, она уменьшается в периодической системе (влево, по диагонали и вниз) у других неметаллов. [c.18] Сопоставляя эти общие данные о восстановительной и окислительной способности элементов с предыдущими данными о катионо- и анионообразующей способности элементов и об их кислотно-основных свойствах, мы видим, что все эти свойства изменяются в периодической системе симбатно и представляют собой химическое выражение физической классификации элементов как металлов, неметаллов и металлоидов. [c.18] Но есть и еще одна важная закономерность в химических свойствах элементов, также параллельная ранее рассмотренным, — закономерность изменения комплексообразующей способности элементов в периодической системе. [c.19] Из изложенного видно, что комплексообразовате-ли — это атомы и катионы в таком состоянии, когда о и способны проявлять кислотные свойства по теории Уса-новича, а лиганды — молекулы и анионы, способные проявлять основные свойства согласно той же теории. [c.20] И в том и другом случае происходит электрофильная атака катионом М + аниона 1 , но менее электрофиль-ный катион С(12-1- дает только комплекс, а более электро-фильный катион Си + отбирает электрон у одного из ионов и уже после этого возникший менее электрофиль-ный катион Си дает комплекс с 1 . [c.21] Близость и частичное совпадение реакций, рассматриваемых как реакции разного типа в различных классификациях химических соединений и химических реакций, не удивительна ведь по существу все химические изменения (т. е. реакции) обусловлены изменениями в состоянии внешних электронных оболочек атомов, ионов, молекул. А такие изменения с точки зрения пространственной могут состоять либо в переходе электронов от одних атомов к другим (окислительно-восстановительная реакция), либо в нх обобществлении взаимодействующими атомами (образование химических связей — все остальные виды реакций). С позиций термодинамики все реакции сопровождаются изменениями энтальпии и энтропии, и то или иное пространственное перераспределение электронов при прохождении химических реакций определяется такими возможными изменениями энтальпии и энтропии в системе, при которых суммирующее их изменение термодинамического потенциала (энергии Гиббса или Гельмгольца) будет отрицательным, т. е. термодинамический потенциал будет уменьшаться. [c.22] Вернуться к основной статье