фтор в таблице менделеева номер

Фтор как химический элемент таблицы Менделеева

Как был открыт Фтор

История открытия такого химического элемента как фтор началась в 1529 году. В этом году минеролог немецкого происхождения Георгиус Агрикола описал флюорит, как добавку при плавлении металлов. Она значительно понижала температуру плавления металлов, что было очень полезно в металлургии. Чуть позже было выяснено что флюорид представляет собой дифторид кальция. В начале XVIII века фторид водорода использовался в травлении стекла. Фторид водорода или плавиковую кислоту описал в 1764 году Андреас Сигизмунд Маргграф. В 1810 году французский химик Андре-Мари Ампер предположил, что в состав плавиковой кислоты входит химический элемент аналогичный хлору. Сэр Хэмфри Дэви предложил что этот неизвестный, на тот момент, назвали фтором.

Далее начались серии опытов по отделению чистого фтора. Проблема заключалась в том, что фтор в чистом виде является крайне токсичным веществом. Первые эксперименты по отделению фтора из плавиковой кислоты начались в начале XIX века. Ученых, которые пострадали от его токсичности, называли дословно «мучениками фтора». Метод, который позволял получить чистый фтор начал разрабатываться Эдмоном Фреми, но успеха добиться ему так и не удалось. Методом проб и ошибок, его ученику Фрими Анри Муассану все таки удалось получить чистый химический элемент спустя 74 года неудач. В 1886 году элементарный фтор был получен методом электролиза при высоких температурах. За это открытие в 1906 году Анри Муассан получил Нобелевскую премию и через два месяца скончался.

Где и как добывают Фтор

Фтор в виде химического элемента и все фторсодержащие элементы получают из фтористого водорода (HF). Его в свою очередь получают из широко распространенного минерала флюорита. Флюорит обрабатывают раствором серной кислоты в результате химической реакции получается фтористый водород. Формула следующая:

Получив фтористый водород газ фтора методом Муассана отделяют от водорода. Этот метод заключается в следующем. Ионы водорода и фторида восстанавливаются и окисляются на катоде из стального контейнера и аноде из углеродного блока под напряжением 8–12 вольт, чтобы генерировать водород и газообразный фтор соответственно. Температуры повышены, KF и 2HF плавятся при температуре около 70 ° C (158 ° F) и подвергается электролизу при 70–130 ° C (158–266 ° F). KF, который действует как катализатор, имеет важное значение, поскольку чистый HF не может быть подвергнут электролизу. Так же стоит заметить, что чистый HF является побочным продуктом при производстве удобрений. При этом таким образом получают около 20% от общего объема производимого HF.

Распространенность Фтора

Что же касается Земли, то фтор является тринадцатым по распространенности в земной коре. По массе соотношение частей варьируется около цифры 400 частей на миллион. Фтор, как чистое вещество, в природе не встречается. Вместо этого он встречается в виде фторсодержащих минералов. Самым распространенным из них является флюорит (CaF₂). На нашей планете более 9 тысяч месторождений этого минерала. Крупнейшими поставщиками флюорита являются Китай и Мексика. Еще двумя фторсодержащими минералами являются фторопатит, топаз и криолит.

Применение Фтора

Применение фтора очень разнообразно. Ежегодная добыча фторсодержащей руды составляет около 6 миллионов тонн. Значительная часть добытого фтора уходит в металлургию. С помощью фторированного флюса выплавляют чугун и алюминий. К примеру, для получения одной тонны алюминия необходимо около 23 килограммов фтора. Так же фтор используется в ядерной промышленности для обогащения урана с помощью ядерной диффузии. Еще одним местом применения является энергетическая промышленность. Около 6 тысяч тонн фтора ежегодно используется в качестве диэлектрика в высоковольтных трансформаторах. Так же фтор очень широко распространен в медицине. Около 20% всех медицинских препаратов содержат этот химический элемент. Еще одним очень широко распространенным фторсодержащим продуктом являются различного рода хладогенты. Для справки, это вещества которые используются в системах кондиционирования воздуха. В общем, у фторсодержащих элементов огромный круг применения.

Интересные факты

Интересных фактов связанных со фтором так же немало. Как уже говорилось выше фтор в чистом вииде является крайне токсичным элементом. Этот химический элемент, не смотря на его токсичность, оказывает благоприятное влияние на эмаль зубов. В связи с таким открытием, долю фтора начали добавлять в зубные пасты. В такой концентрации, как в зубной пасте, для взрослого здорового человека, она не наносит существенного вреда, но для детей она может быть даже смертельна. Во многих зубных пастах сейчас присутствуют примеси фтора, которая оказывает положительное действие на эмаль зубов. При проглатывании такой пасты у взрослого человека может быть несварение или просто боли в животе, а для детей, особенно в раннем возрасте может вызвать серьезное отравление фтором. Проблема заключается в том что отравление фтором у детей иногда не могут распознать даже опытные врачи. Поэтому будьте внимательны при выборе зубных паст, особенно для детей.

Еще одним интересным моментом является глобальное потепление. Одной из причин этого явления являются ионы фтора. Все прекрасно знают, что глобальное потепление уже почти достигло масштаба экологической катастрофы и в последнее время она все больше и чаще напоминает о себе. Дело все в том, что крупные добычи фтора и создание из него продукции начались только в 80 — 90-х годах. Все было в порядке, пока фторсодержащие продукты не начали разлагаться. Ионы Фтора начали достигать озонового слоя и начали вступать в реакцию с O₃. В результате озоновый слой разрушается до такой степени, что на возвращение его в исходное состояние займет около 200 лет.

Источник

Периодическая система химических элементов: как это работает

Рассказываем, как устроена таблица Менделеева и как ею пользоваться. Сколько элементов в таблице, какими свойствами они обладают и как периодический закон навсегда изменил изучение химии.

Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907)

Выдающийся русский учёный, химик, физик и энергетик. Самым значимым его вкладом в науку стало открытие периодического закона, графическое выражение которого получило название Периодической системы химических элементов.

Периодический закон

К середине XIX века учёные располагали множеством сведений о физических и химических свойствах разных элементов и их соединений. Появилась необходимость упорядочить эти знания и представить их в наглядном виде. Исследователи из разных стран пытались создать классификацию, объединяя элементы по сходству состава и свойств веществ, которые они образуют. Однако ни одна из предложенных систем не охватывала все известные элементы.

Пытался решить эту задачу и молодой русский профессор Д.И. Менделеев. Он собирал и классифицировал информацию о свойствах элементов и их соединений, а затем уточнял её в ходе многочисленных экспериментов. Собрав данные, Дмитрий Иванович записал сведения о каждом элементе на карточки, раскладывал их на столе и многократно перемещал, пытаясь выстроить логическую систему. Долгие научные изыскания привели его к выводу, что свойства элементов и их соединений изменяются с возрастанием атомной массы, однако не монотонно, а периодически.

Так был открыт периодический закон, который учёный сформулировал следующим образом: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».

Своё открытие Менделеев совершил почти за 30 лет до того, как учёным удалось понять структуру атома. Открытия в области атомной физики позволили установить, что свойства элементов определяются не атомной массой, а зависят от количества электронов, содержащихся в нём. Поэтому современная формулировка закона звучит так:

Свойства химических элементов, а также формы и свойства образуемых ими веществ и соединений находятся в периодической зависимости от величины зарядов ядер их атомов.

Этот принцип Менделеев проиллюстрировал в таблице, в которой были представлены все 63 известных на тот момент химических элемента. При её создании учёный предпринял ряд весьма смелых шагов.

Во-первых, многочисленные эксперименты позволили Менделееву сделать вывод, что атомные массы некоторых элементов ранее были вычислены неправильно, и он изменил их в соответствии со своей системой.

Во-вторых, в таблице были оставлены места для новых элементов, открытие которых учёный предсказал, подробно описав их свойства.

Мировое научное сообщество поначалу скептически отнеслось к открытию русского химика. Однако вскоре были открыты предсказанные им химические элементы: галлий, скандий и германий. Это разрушило сомнения в правильности системы Менделеева, которая навсегда изменила науку. Там, где раньше учёному требовалось провести ряд сложнейших (и даже не всегда возможных в реальности) опытов — теперь стало достаточно одного взгляда в таблицу.

Существует легенда, якобы знаменитая таблица явилась Менделееву во сне. Но сам Дмитрий Иванович эту информацию не подтвердил. Он действительно нередко засиживался над работой до поздней ночи и засыпал, продолжая размышлять над решением задачи, однако факт мистического озарения во сне учёный отрицал: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете, сел и вдруг — готово!».

Теперь расскажем, как устроена Периодическая таблица элементов Менделеева и как ею пользоваться.

Структура Периодической системы элементов

На настоящий момент Периодическая таблица Менделеева содержит 118 химических элементов. Каждый из них занимает своё место в зависимости от атомного числа. Оно показывает, сколько протонов содержит ядро атома элемента и сколько электронов в атоме находятся вокруг него. Атом каждого последующего элемента содержит на один протон больше, чем предыдущий.

Периоды — это строки таблицы. На данный момент их семь. У всех элементов одного периода одинаковое количество заполненных электронами энергетических уровней.

Группы — это столбцы. В группы в Периодической таблице объединяются элементы с одинаковым числом электронов на внешнем энергетическом уровне их атомов. В кратком варианте таблицы, используемой в школьных учебниках, элементы разделены на восемь групп. Каждая из них делится на главную (A) и побочную (B) подгруппы, которые объединяют элементы со сходными химическими свойствами.

Каждый элемент обозначается одной или двумя латинскими буквами. Порядковый номер элемента (число протонов в его ядре) обычно пишется в левом верхнем углу. Также в ячейке элемента указана его относительная атомная масса (сумма масс протонов и нейтронов). Это усреднённая величина, для расчёта которой используются атомные массы всех изотопов элемента с учётом их содержания в природе. Поэтому обычно она является дробным числом.

Чтобы узнать количество нейтронов в ядре элемента, необходимо вычесть его порядковый номер из относительной атомной массы (массового числа).

Свойства Периодической системы элементов

Расположение химических элементов в таблице Менделеева позволяет сопоставлять не только их атомные массы, но и химические свойства.

Вот как они изменяются в пределах группы (сверху вниз):

В пределах периодов (слева направо) свойства элементов меняются следующим образом:

Элементы Периодической таблицы Менделеева

По положению элемента в периоде можно определить его принадлежность к металлам или неметаллам. Металлы расположены в левом нижнем углу таблицы, неметаллы — в правом верхнем углу. Между ними находятся полуметаллы. Все периоды, кроме первого, начинается щелочным металлом. Каждый период заканчивается инертным газом.

Щелочные металлы

Первая группа главная подгруппа элементов (IA) — щелочные металлы. Это серебристые вещества (кроме цезия, он золотистый), настолько мягкие, что их можно резать ножом. Поскольку на их внешнем электронном слое находится только один электрон, они очень легко вступают в реакции. Плотность щелочных металлов меньше плотности воды, поэтому они в ней не тонут, а бурно реагируют с образованием щёлочи и водорода. Реакция идёт настолько энергично, что водород может даже загореться или взорваться. Эти металлы настолько активно реагируют с кислородом в воздухе, что их приходится хранить под слоем керосина (а литий — под слоем вазелина).

Учите химию вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду CHEMISTRY892021 вы получите бесплатный недельный доступ к курсам химии за 8 класс и 9 класс.

Щелочноземельные металлы

Вторая группа главная подгруппа (IIА) представлена щелочноземельными металлами с двумя электронами на внешнем энергетическом уровне атома. Бериллий и магний часто не относят к щелочноземельным металлам. Они тоже имеют серебристый оттенок и легко взаимодействуют с другими элементами, хотя и не так охотно, как металлы из первой группы главной подгруппы. Температура плавления щелочноземельных металлов выше, чем у щелочных. Ионы магния и кальция обусловливают жёсткость воды.

Лантаноиды и актиноиды

В третьей группе побочной подгруппе (IIIB) шестого и седьмого периодов находятся сразу несколько металлов, сходных по строению внешнего энергетического уровня и близких по химическим свойствам. У этих элементов электроны начинают заполнять третий по счёту от внешнего электронного слоя уровень. Это лантаноиды и актиноиды. Для удобства их помещают под основной таблицей.

‍Лантаноиды иногда называют «редкоземельными элементами», поскольку они были обнаружены в небольшом количестве в составе редких минералов и не образуют собственных руд.

‍Актиноиды имеют одно важное общее свойство — радиоактивность. Все они, кроме урана, практически не встречаются в природе и синтезируются искусственно.

Переходные металлы

Элементы побочных подгрупп, кроме лантаноидов и актиноидов, называют переходными металлами. Они вполне укладываются в привычные представления о металлах — твёрдые (за исключением жидкой ртути), плотные, обладают характерным блеском, хорошо проводят тепло и электричество. Валентные электроны их атомов находятся на внешнем и предвнешнем энергетических уровнях.

Неметаллы

Правый верхний угол таблицы до инертных газов занимают неметаллы. Неметаллы плохо проводят тепло и электричество и могут существовать в трёх агрегатных состояниях: твёрдом (как углерод или кремний), жидком (как бром) и газообразном (как кислород и азот). Водород может проявлять как металлические, так и неметаллические свойства, поэтому его относят как к первой, так и к седьмой группе Периодической системы.

Подгруппа углерода

Четвёртую группу главную подгруппу (IVА) называют подгруппой углерода. Углерод и кремний обладают всеми свойствами неметаллов, германий и олово занимают промежуточную позицию, а свинец имеет выраженные металлические свойства. Углерод образует несколько аллотропных модификаций — вариантов простых веществ, отличающихся по своему строению, а именно: графит, алмаз, фуллерит и другие.

Большинство элементов подгруппы углерода — полупроводники (проводят электричество за счёт примесей, но хуже, чем металлы). Графит, германий и кремний используют при изготовлении полупроводниковых элементов (транзисторы, диоды, процессоры и так далее).

Подгруппа азота

Пятую группу главную подгруппу (VA) называют пниктогенами или подгруппой азота. В ходе реакций эти элементы могут как отдавать электроны, так и принимать их, завершая внешний энергетический уровень.

Физические свойства элементов подгруппы азота различны. Азот является бесцветным газом. Фосфор, мягкое вещество, образует несколько вариантов аллотропных модификаций — белый, красный и чёрный фосфор. Мышьяк — твёрдый полуметалл, способный проводить электрический ток. Висмут — блестящий серебристо-белый металл с радужным отливом.

Азот — основное вещество в составе атмосферы нашей планеты. Некоторые элементы подгруппы азота токсичны для человека (фосфор, мышьяк, висмут). При этом азот и фосфор являются важными элементами почвенного питания растений, поэтому они входят в состав большинства удобрений. Азот и фосфор также участвуют в формировании важнейших молекул живых организмов — белков и нуклеиновых кислот.

Подгруппа кислорода

Халькогены или подгруппа кислорода — элементы шестой группы главной подгруппы (VIA). Для завершения внешнего электронного уровня атомам этих элементов не хватает лишь двух электронов, поэтому они проявляют сильные окислительные (неметаллические) свойства. Однако, по мере продвижения от кислорода к полонию они ослабевают.

Кислород образует две аллотропные модификации — кислород и озон — тот самый газ, который образует экран в атмосфере планеты, защищающий живые организмы от жёсткого космического излучения.

Кислород и сера легко образуют прочные соединения с металлами — оксиды и сульфиды. В виде этих соединений металлы часто входят в состав руд.

Галогены

Седьмая группа главная подгруппа (VIIA) представлена галогенами — неметаллами с семью электронами на внешнем электронном слое атома. Это сильнейшие окислители, легко вступающие в реакции. Галогены («рождающие соли») назвали так потому, что они реагируют со многими металлами с образованием солей. Например, хлор входит в состав обычной поваренной соли.

Самый активный из галогенов — фтор. Он способен разрушать даже молекулы воды, за что и получил своё грозное имя (слово «фтор» переводится на русский язык как «разрушительный»). А его «близкий родственник» — иод — используется в медицине в виде спиртового раствора для обработки ран.

Инертные газы

‍Инертные газы, расположенные в последней, восьмой группе главной подгруппе (VIIIA) — элементы с полностью заполненным внешним электронным уровнем. Они практически не способны участвовать в реакциях. Поэтому их иногда называют «благородными», проводя параллель с представителями высшего общества, которые брезгуют контактировать с посторонними.

У инертных газов есть удивительная способность: они светятся под действием электромагнитного излучения, поэтому используются для создания ламп. Так, неон используется для создания светящихся вывесок и реклам, а ксенон — в автомобильных фарах и фотовспышках.

Гелий обладает массой всего в два раза больше массы молекулы водорода, но, в отличие от последнего, не взрывоопасен и используется для заполнения воздушных шаров.

У нас вы сможете учиться в удобном темпе, делать упор на любимые предметы и общаться со сверстниками по всему миру.

Попробовать бесплатно

Интересное по рубрике

Найдите необходимую статью по тегам

Подпишитесь на нашу рассылку

Мы в инстаграм

Домашняя онлайн-школа
Помогаем ученикам 5–11 классов получать качественные знания в любой точке мира, совмещать учёбу со спортом и творчеством

Посмотреть

Рекомендуем прочитать

Реальный опыт семейного обучения

Звонок по России бесплатный

Посмотреть на карте

Если вы не нашли ответ на свой вопрос на нашем сайте, включая раздел «Вопросы и ответы», закажите обратный звонок. Мы скоро свяжемся с вами.

Источник