Dobreiner Triády • Ivan Kharitonov • Populárne vedecké úlohy na "prvkoch" • Chémia

Dobreinerove triády

V roku 1829 urobil nemecký chemik Johann Wolfgang Döbereiner prvý významný pokus o systematizáciu prvkov (DI Mendeleev formuloval svoje pravidelné zákony o 40 rokov neskôr, v roku 1869). Döbereiner poznamenal, že niektoré prvky podobné chemickým vlastnostiam sa dajú skombinovať do troch skupín, ktoré nazval triády:

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

A hoci teraz vieme, že Döbereiner mal pravdu, jeho súčasníci reagovali bez nadšenia na svoje predpoklady a poukazovali na nepresnosť a neúplnosť tohto systému.

úloha

Premýšľajte o tom, aké argumenty urobil Döbereiner (v prospech zjednotenia do trojice) a čo by jeho protivníci mohli priniesť (proti takémuto zjednoteniu)? Podporujte svoje predpoklady s príkladmi relevantných chemických reakcií alebo zlúčenín.


pomôcť

Na potvrdenie myšlienky Döbereiner venujte pozornosť najvyššiemu stupňu oxidácie.
Vyvrátiť – pokúsiť sa považovať redoxné reakcie a rôzne stavy za jednoduchú látku alebo rôzne zlúčeniny.


rozhodnutie

1. S potvrdením zákona je všetko jednoduché.

a) M = (Li, Na, K). Pre prvú skupinu,že všetky tieto kovy majú veľmi silné redukčné vlastnosti – dostatočné na dosiahnutie rovného vodíka do oxidačného stavu -1:
2M + H2 = 2MH,

a zníženie vodíka z vody:
2H2O + 2M = 2MOH + H2↑,

s halogénmi tvoria rozpustné soli vo vode:
2M + I2 = 2MI
2M + F2 = 2MF
2M + Cl2 = 2MCl
2M + Br2 = 2MBr

Zároveň majú kovy VŽDY oxidačný stav +1 alebo 0:
2M + 2HCI (rozklad) = 2MCI + H2
2M + 3H2SO4 (konc.) = 2MHSO4 + SO2↑ + 2H2O
3M + 4HNO3 (kol.) = 3MNO3 + NO + 2H2O
2M + H2 = 2MH
4M + O2 = 2M2O
2M + S = M2S
6M + N2(vlhké) = 2M3N
6M + N2 = 2M3N
2M + 2C = M2C2
4M + Si = M4si
2M + 2NH3 = 2MNH2 + H2
2M + NH3 = M2NH + H2
2NH3 + 2M = 2MNH2 + H2
NH3 + 2M = M2NH + H2.

b) M = (Ca, Sr, Ba). Kovy druhej skupiny sú tiež pomerne silné redukčné činidlá, ale nie sú také aktívne ako kovy prvej skupiny; tiež znížiť vodík z vody, ale bez výbuchu:
2H2O + M = M (OH)2 + H2↑,

s halogénmi tvoria zlúčeniny v oxidačnom stave +2:
M + F2 = MF2
M + Cl2 = MCI2
M + Br2 = MBr2
M + l2 = MI2.

V zásade kovy druhej skupiny preferujú zlúčeniny v oxidačnom stave +2, stupeň oxidácie +1 je extrémne zriedkavý; preto sú vo forme kovov v oxidačnom stave 0:
2CO2 + 5M = MC2 + 4MO
2P (červená) + 3M = M3P2
2M + O2 = 2MO
V2O5 + 5M = 2V + 5MO
Cr2O3 + 3M = 2Cr + 3MO
2CrCl3 + 3M = 2Cr + 3MCl2
M + 2H2O = M (OH)2↓ + H2
2M + H2O (para) = MO + MH2
M + 2HCI (rozklad) = MCI2 + H2
4M + 10HNO3 (kol.) = 4M (NO3)2 + N2O ↑ + 5H2O
4M + 10HNO3 (veľmi dobré) = 4M (NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
M + H2 = MH2
2M + O2 = 2MO
M + S = MS
3M + N2 = M3N2
3M + 2P (červená) = M3P2
M + 2C (grafit) = MC2
6M + 2NH3 (g) = M3N2 + 3MH2
M + 6NH3 (g) = [M (NH3)6] (syn)
M + 2NH3 (g) = M (NH2)2↓ + H2
2As + M = MAs2
M + H2 = MH2
M + 2H2O = M (OH)2 + H2
3M + N2 = M3N2
M + 6NH3 = M (NH3)6

c) M = (P, As, Sb). Všetky tri zložky tretej skupiny sa prejavujú ako ako oxidačné činidlá, tak ako redukčné činidlá:
3Zn + 2M = Zn3M2
10NO + 4M = 5N2 + M4O10
10NO2 + 8M = 5N2 + 2M4O10
2M (červená) + 3Ca = Ca3M2
5HNO3 (konc.) + M = H3MO4 + 5NO2↑ + H2O.

Existujú oxidačné stavy -3, 0, +3, +5:
5HClO3 + 6M + 9H2O = 5HCl + 6H3MO4
2M + 3C12 = 2MCl3
2M + 8H2O = 2H3MO4 + 5H2
3M + 5HNO3 + 2H2O = 3H3MO4 + 5NO
4M + 10S = M4S10.

d) M = (S, Se, Te). Prvky štvrtej skupiny vykazujú ako oxidačné, tak aj redukujúce vlastnosti:
H2 + M = H2M
2M + Br2 = M2br2
M + 3F2 = MF6,

tvoria stabilné zlúčeniny v oxidačnom stave -2, 0, +4, +6, čo je pomerne charakteristická vlastnosť:
M + H2 = H2M
2Ag + M = Ag2M
Zn + M = ZnM
Ni + M = NiM (čierna)
2Li + M = Li2M
2LiH + 2M = Li2M + H2M
C + 2M = CM2
CO + M = CMO
NaCN (par.) + 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 (červená) + 9M = P4M9
P4O6 + 9M = P4M6 + 3MO2
2NaH + 2M = Na2M + H2M
2na2O2 + M = Na2MO3 + Na2O
P4M3 + 2M = P4M5

e) M = (Cl, Br, I). V prípade piatej skupiny halogénov je preferovaný oxidačný stav -1 a 0, ale existujú aj +1, +3, +5, +7. Oxidačné stavy +2, +4 sú nestabilné. Všetky tieto prvky sú nekovové a majú snáď najväčšiu sadu oxidačných stavov (a teda aj typické zlúčeniny s ďalšími prvkami periodickej tabuľky):
na2SO3 + 2NaOH + M2 = Na2SO4 + 2NaM + H2O
K2SO3 + 2KOH (konc.) + M2 = K2SO4 + 2KM + H2O
2Na + M2 = 2NaM
Zn + M2 = ZnM2
Ca + M2 = CaM2
Ba + M2 = BaM2
2Cr (prášok) + 3M2 = 2CrM3
2K + M2 = 2KM
2Ag + M2 = 2AgM
2Rb + M2 = 2RbM
SM + 2M2 = SMM4
2NH2OH + 2KOH (zlom.) + M2 = N2↑ + 2KM + 4H2O
2NaOH (studený) + M2 + H2S (g) = 2NaM + S ↓ + 2H2O
M2 + 2NaOH (stĺpec) = NaM + NaMO + H2O
3M2 + 6NaOH (m) = 5NaM + NaMO3 + 3H2O
M2 + 5O3 + H2O = 2HMO3 + 5O2
5M2 + 2P (červená) + 8H2O = 2H3PO4 + 10HM
M2 + 2Na = 2NaM
M2 + 7KrF2 = 2MF7 + 7Kr
M2 + 5H2O2 (konc., hory) = 2HMO3 + 4H2O
M2 (suspenzia) + H2S (nasýtený) = 2HM + S ↓
M2 + SO2 + 2H2O = 2HM + H2SO4
HMO + M2 = M2• HMO
2Cr + 3M2 = 2CrM3 (Black).
Cr + M2 = CrM2 (Červená).
Fe + M2 = FeM2
2Al (prášok) + 3M2 = 2AlM3
na2CO3 (konc., hory.) + 3M2 = 5 NaM + NaMO3 + 3CO2
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 s vyvrátením je všetko oveľa zaujímavejšie.

a) Pre prvú skupinu je všetko jednoduché, je potrebné zvážiť reakcie s kyslíkom alebo ozónom:

Lítium bude vždy tvoriť oxidy:
4Li + O2 = 2Li2O,

sodík má tendenciu tvoriť peroxidy:
2Na + O2= Na2O2,

a draselné superoxidy alebo superoxidy:
K + O2 = KO2,
a pri reakcii s ozónom:
K + O3 = KO3.

b) V druhej skupine sú značné problémy, ale vo všeobecnosti sa môžete pokúsiť hrať aj na drobnosti:

vápnik netvorí ozonidy, t.j.
MO2 + O3 = MO3 (M = Sr, Ba),

a Ba (OH)2 dobre rozpustné vo vode – na rozdiel od ich susedov v skupine. Od anorganickej chémie všeobecne rozpustné hydroxidy je veľmi dôležité.

c) Fosfor, na rozdiel od svojich susedov v skupine, je stabilný systém tetraedry P4 (na rozdiel od arzénu a antimónu, ktoré majú kovovú mriežku a tiež tvoria stabilný oxid M4O6 (na rozdiel od fosforu, ktorý okamžite oxiduje na vzduchu z P4O7 na P4O9 – áno, tu sú učebnice).

V štruktúre vyšších oxidov sa tiež výrazne líšia: antimón má tendenciu tvoriť oktaedrálne štruktúry a štruktúry fosforu – tetraedru; Arzén tvorí medziprodukty, to znamená zmes oktahedra a tetrahedry.

Okrem toho Sb2O5 nie je hygroskopický (nesnaží sa odobrať vodu zo vzduchu) a nerozpúšťa sa vo vode.

d) Síra ako jednoduchá látka je stabilná v korónovom stave S8.

Selén vytvára takzvaný červený selén Se, keď je redukovaný.8, ale nie je stabilný a ide do polymérnych reťazcov.

Telúr ich ihneď formuje.

Okrem toho kyselina selenová tvorí stabilné komplexy so zlatom a má zlúčeninu, v ktorej vykazuje oxidačný stav "5+": Se2O5.

Telurové soli sú zvyčajne ortosoly, to znamená, že majú zvyšok vo forme TeO6(6).

Indikatívna je tiež reakcia sírnej, selenovej a telurínovej kyseliny s jódom:
H2SO3 + I2 = (žiadna reakcia)
H2SEO3 + I2 = HIO3 + Se + H2O
H2TEO3 + I2= H4TEI4(OH)2

e) No, konečne, s halogénmi, všetko je tiež celkom zrejmé:

Chlór je typickým oxidačným činidlom, jód je typickým redukčným činidlom a je naozaj zvláštne priradiť ho k jednej skupine na prvý pohľad.


Doslov

Problém systematizácie, zovšeobecňovania a porozumenia štruktúry je akútny vo všetkých oblastiach vedomostí. Teraz je v škole zvykom prejsť "obrátenou" cestou: od opisu elektronických orbitálií po chemické vlastnosti látok, a preto málo ľudí premýšľa nad tým, odkiaľ pochádza myšlienka elektrónovej štruktúry. Keď sa zaviedol periodický zákon, bolo veľa problémov so skutočnosťou, že nie všetky prvky boli objavené, nie všetky prvky pochopené, táto čistá látka alebo zlúčenina – takzvaný "falošný prvok", ktorý bol spravidla stabilnými oxidmi niektorých prvkov – a vo všeobecnosti, prečo všetko pozostáva zo štyroch základných zásad, ako predtým predpokladali alchymisti.

Debereiner bol jedným z prvých, ktorý hádal, ako pristupovať k systematizácii znalostí chemikov tej doby. Správne pochopil, že je potrebné zvážiť závislosť chemických vlastností od atómových váh. A jeho zákon v pôvodnej formulácii znie takto: "Ak umiestnime tri prvky podobných chemických vlastností vo vzostupnom poradí ich atómových váh, potom atómová hmotnosť druhého (stredného) prvku bude rovná aritmetickému priemeru atómových váh prvého a tretieho."Pomáhal mu aj švédsky chemik Joens Jakob Berzelius, ktorý vytvoril prototyp modernej nomenklatúry chemických prvkov a zlúčenín. Napokon, nemecký chemik Leopold Gmelin, ktorý bol známy svojou prácou na štúdiu atómových hmotností prvkov, potvrdil svoje údaje.

Namiesto názvu "Periodická tabuľka" sa v zahraničí používa názov "periodický systém prvkov", čo je do určitej miery pravda, pretože na jeho vytvorenie pracovalo pomerne veľa chemikov. Hoci by sa malo poznamenať, že Mendeleev sa podarilo vyvinúť a nakresliť linku na viac ako štyridsaťročné vyhľadávanie – navyše predpovedal vlastnosti a atómovú hmotnosť troch ďalších prvkov, ktoré v tom čase neboli otvorené a ak nie smrti, potom by pravdepodobne mal dostať Nobelovu cenu.


Like this post? Please share to your friends:
Pridaj komentár

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