Как уменьшаются кислотные свойства
От чего зависят кислотно-основные свойства
Содержание статьи
Что такое кислотно-основные свойства
Основные свойства проявляют металлы, их оксиды и гидроксиды. Кислотные свойства проявляются неметаллы, их соли, кислоты и ангидриды. Существуют также амфотерные элементы, способные проявлять как кислотные, так и основные свойства. Цинк, алюминий и хром являются одними из представителей амфотерных элементов. Щелочные и щелочно-земельные металлы проявляют типичные основные свойства, а сера, хлор и азот кислотные.
Так, при реакции оксидов с водой, в зависимости от свойств основного элемента, получается либо основание или гидроксид, либо кислота.
Периодическая таблица Менделеева, как показатель кислотно-основных свойств
Таблица Менделеева может помочь в определении кислотно-основных свойств элементов. Если посмотреть на таблицу Менделеева, то можно увидеть такую закономерность, что по горизонтали слева-направо усиливаются неметаллические или кислотные свойства. Соответственно ближе к левому краю находятся металлы, по центру амфотерные элементы, а справа неметаллы. Если посмотреть на электроны и их притяжение к ядру, то заметно, что в левой части элементы имеют слабый заряд ядра, а электроны находятся на s-уровне. В результате таким элементам проще отдать электрон, нежели элементам, находящимся в правой части. Неметаллы имеют достаточно высокий заряд ядра. Тем самым усложняется отдача свободных электронов. Таким элементам проще присоединить к себе электроны, проявляя кислотные свойства.
Три теории для определения свойств
Существуют три подхода, определяющих какие свойства имеет соединение: протонная теория Бренстеда-Лоури, апротонная электронная теория Льюиса, теория Аррениуса.
Согласно протонной теории кислотными свойствами обладают соединения, способные отдавать свои протоны. Такие соединения были названы донорами. А основные свойства проявляются способностью акцептировать или присоединять протон.
Апротонный подход подразумевает то, что акцептирование и донорство протонов для определения кислотно-основных свойств необязательно. Кислотные свойства по данной теории проявляются возможностью принять электронную пару, а основные, наоборот, отдать эту пару.
Периодический закон
Периодический закон был открыт Д.И. Менделеевым в 1868 году. Его современная формулировка: свойства химических элементов и образуемых ими соединений (простых и сложных) находятся в периодической зависимости от величины заряда атомного ядра.
Периодический закон лежит в основе современного учения о строении вещества. Периодическая система Д.И. Менделеева является наглядным отражением периодического закона.
Группой называют вертикальный ряд химических элементов в периодической таблице. Элементы собраны в группы на основе степени окисления в высшем оксиде. Каждая из восьми групп состоит из главной подгруппы (а) и побочной подгруппы (б).
Периодическая таблица Д.И. Менделеева содержит колоссальное число ответов на самые разные вопросы. При умелом ее использовании вы сможете предполагать строение и свойства веществ, успешно писать химические реакции и решать задачи.
Радиус атома
Радиусом атома называют расстояние между атомным ядром и самой дальней электронной орбиталью. Это не четкая, а условная граница, которая говорит о наиболее вероятном месте нахождения электрона.
В периоде радиус атома уменьшается с увеличением порядкового номера элементов («→» слева направо). Это связано с тем, что с увеличением номера группы увеличивается число электронов на внешнем уровне. Запомните, что для элементов главных подгрупп номер группы равен числу электронов на внешнем уровне.
С увеличением числа электронов они становятся более скученными, так как притягиваются друг к другу сильнее: это и есть причина маленького радиуса атома.
Чем меньше электронов, тем больше у них свободы и больше радиус атома, поэтому радиус увеличивается в периоде «←» справа налево.
Период, группа и электронная конфигурация
Правило составления электронной конфигурации, которое вы только что увидели, универсально. Если вы имеете дело с элементом главной подгруппы, то увидев номер группы вы знаете, сколько электронов у него на внешнем уровне. Посмотрев на период, знаете номер его внешнего уровня.
Длина связи
Убедимся в этом на наглядном примере, сравнив длину связей в четырех веществах: HF, HCl, HBr, HI.
Чем больше радиусы атомов, которые образуют химическую связь, тем больше между ними и длина связи. Радиус атома водорода неизменен во всех трех веществах, а в ряду F → Cl → Br → I происходит увеличение радиуса атома. Наибольшим радиусом обладает йод, поэтому самая длинная связь в молекуле HI.
Металлические и неметаллические свойства
Сравним металлические и неметаллические свойства Rb, Na, Al, S. Натрий, алюминий и сера находятся в одном периоде. Металлические свойства возрастают S → Al → Na. Натрий и рубидий находятся в одной группе, металлические свойства возрастают Na → Rb.
Основные и кислотные свойства
Замечу, что здесь есть одно важное исключение. Как и в общем случае: исключения только подтверждают правила. В ряду галогенводородных кислот HF → HCl → HBr → HI происходит усиление кислотных свойств (а не ослабление, как должно быть по логике нашего правила).
Восстановительные и окислительные свойства
Электроотрицательность (ЭО), энергия связи, ионизации и сродства к электрону
Для примера сравним ЭО-ость атомов Te, In, Al, P. Индий расположен в одной группе с алюминием, ЭО-ость In → Al возрастает (снизу вверх). Алюминий расположен в одном периоде с серой, ЭО-ость возрастает Al → S (слева направо). Сравнивая серу и теллур, мы видим, что сера расположена в группе выше теллура, значит и ее электроотрицательность тоже выше.
Энергия связи (а также ее прочность) возрастают с увеличением электроотрицательности атомов, образующих данную связь. Чем сильнее атом тянет на себя электроны (чем больше он ЭО-ый), тем прочнее получается связь, которую он образует.
Продемонстрирую на примере. Сравним энергию связи в трех молекулах: H2O, H2S, H2Se.
Высшие оксиды и летучие водородные соединения (ЛВС)
В периодической таблице Д.И. Менделеева ниже 7 периода находится строка, в которой для каждой группы указаны соответствующие высшие оксиды, ниже строка с летучими водородными соединениями.
Для элементов главных подгрупп начиная с IV группы (в большинстве случае) максимальная степень окисления (СО) определяется по номеру группы. К примеру, для серы (в VI группе) максимальная СО = +6, которую она проявляет в соединениях: H2SO4, SO3.
На экзамене строка с готовыми «высшими» оксидами, как в таблице наверху, может отсутствовать. Считаю важным подготовить вас к этому. Предположим, что эта строчка внезапно исчезла из таблицы, и вам нужно записать высшие оксиды для фосфора и углерода.
С летучими водородными соединениями (ЛВС) ситуация аналогичная: их может не быть в периодической таблице Д.И. Менделеева, которая попадется на экзамене. Я расскажу вам, как легко их запомнить.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Кислотно-основные свойства химических соединений, их изменение в группе и периоде
Как определить какими свойствами обладает вещество — кислотными или основными? Что такое кислота? И что есть основание?
Существует три подхода к определению кислот и оснований.
1) По определению Аррениуса:
кислоты в водных растворах диссоциирует на ионы водорода и анионы,
основания диссоциируют на гидроксид-ионы и катионы.
3) Электронная теория Льюиса (апротонная теория)
допускает, что участие в кислотно-основном равновесии протона необязательно, поэтому ее называют апротонной.
Кислота — вещество, способное присоединять электронную пару,
основание – вещество, способное отдавать электронную пару.
При взаимодействии донора электронной пары: NF3 (основание) и акцептора электронной пары BF3 (кислота) образуется более устойчивое электронное окружение (октет) за счет донорно-акцепторной (двухэлектронной двухцентровой) связи.
Теперь давайте рассмотрим, как происходит изменение кислотно-основных свойств некоторых соединений по группам и по периодам.
1) Бинарные соединения неметаллов с водородом
В группах сверху вниз (например, в ряду НF-HCl-HBr-HI) отрицательно заряженные анионы все слабее притягивают положительно заряженные ионы водорода Н+ (т.к радиус ионов неметаллов увеличивается и, соответственно, увеличивается длина связи). В связи с этим облегчается процесс отщепления ионов водорода Н+ и кислотные свойства водородных соединений увеличиваются.
В периодах слева направо кислотные свойства летучих водородных соединений неметаллов в водных растворах усиливается.
Метан не проявляет кислотно-основных свойств (и в воде не растворяется), раствор аммиака в воде дает щелочную среду, вода — нейтральное соединение, раствор фтороводорода в воде — слабая кислота (плавиковая).
2) Кислородосодержащие кислоты
В периоде сила кислородсодержащей кислоты растет с увеличением заряда и с уменьшением радиуса иона кислотообразующего элемента:
В пределах одной группы элементов сила кислоты уменьшается по мере увеличения радиуса кислотообразующего элемента:
Для одного и того же элемента константа диссоциации различных кислот возрастает по мере увеличения степени окисления кислотообразующего элемента примерно на пять порядков каждый раз:
Периодический закон и система Д.И. Менделеева
1. Слева направо по периоду (см. Таблица Менделеева) :
2. Сверху вниз по группе (см. Таблица Менделеева) (для главной подгруппы):
3. К основным оксидам относятся оксиды металлов со степенью окисления +1 и +2
4. К кислотным оксидам относятся оксиды неметаллов и оксиды металлов со степенью окисления +5, +6, +7
5. К амфотерным оксидам относятся Al2O3, BeO, ZnO, Cr2O3
Давайте порассуждаем вместе
4) сначала уменьшается, потом увеличивается
Ответ: все элементы находятся в одной группе, сверху вниз, значит радиус атома увеличивается
2) сначала усиливаются, потом уменьшаются
Ответ: все элементы находятся в одном периоде слева направо, значит металлические свойства ослабевают
1) сначала усиливается, потом ослабевает
Ответ: все элементы находятся в одном периоде справа налево, значит электроотрицательность уменьшается.
3) сначала усиливаются, потом уменьшаются
Ответ: все элементы находятся в одной группе снизу вверх, значит неметаллические свойства усиливаются
4) сначала уменьшается, затем увеличивается
Ответ: все элементы находятся в одной группе сверху вниз, значит число валентных электронов не изменяется
2) сначала уменьшаются, затем увеличиваются
Ответ: все элементы находятся в одной группе сверху вниз, значит окислительные свойства уменьшаются
1) сначала уменьшаются, затем усиливаются
Ответ: все элементы находятся в одном периоде справа налево, значит восстановительные свойства усиливаются
2) от кислотных к основным
3) от кислотных к амфотерным
4) от основных к амфотерным
Ответ: все элементы находятся в одном периоде слева направо, значит свойства оксидов изменяются от основных к кислотным
Задания повышенной сложности
1. В главных подгруппах периодической системы с увеличением заряда ядра атомов химических элементов происходит:
1) усиление неметаллических свойств
2) усиление металлических свойств
3) высшая валентность элементов остается постоянной
4) изменяется валентность в водородных соединениях
5) уменьшается радиус атомов
2. В главных подгруппах периодической системы восстановительная способность атомов увеличивается по мере
2) увеличения числа электронных слоев в атомах
3) уменьшения заряда ядра атомов
4) увеличения числа валентных электронов
5) увеличения порядкового номера элемента
3. В ряду химических элементов Be, Mg, Ca, Sr
1) усиливается способность атомов отдавать электроны
2) уменьшается заряд ядра атомов
3) усиливается восстановительная способность
4) уменьшаются металлические свойства
5) усиливается способность атомов принимать электроны
4. В ряду химических элементов I, Br, Cl, F восстановительная способность атомов уменьшается, потому что
2) увеличивается заряд ядра атомов
3) увеличивается число электронных слоев в атомах
4) уменьшается число электронных слоев в атомах
5) уменьшается способность атомов отдавать электроны
5. В ряду химических элементов As, P, N
2) увеличивается электроотрицательность
3) усиливаются кислотные свойства их высших оксидов
4) возрастает значение высшей степени окисления
5) увеличивается число электронов во внешнем электронном слое атомов
6. В ряду химических элементов P, N, O
1) уменьшается число электронов во внешнем электронном слое
2) увеличивается электроотрицательность
3) возрастает значение высшей валентности
4) ослабевают неметаллические свойства
5) усиливается способность атомов принимать электроны
7. В ряду гидроксидов NaOH, Ca(OH)2, Al(OH)3
1) увеличивается термическая стойкость
2) ослабевают основные свойства
3) увеличивается способность к электролитической диссоциации
Некоторые темы органической химии для подготовки к ЕГЭ
Как меняются кислотные свойства разных органических соединений?
Определение кислот и оснований согласно теории Бренстеда – Лоури:
Это говорит о том, что теоретически любое соединение, имеющее в своем составе атом водорода, может его отдавать в виде протона и, проявлять свойства кислоты. Следующий ряд показывает возрастание кислоных свойств различных соединий:
Спирты → H2O → Фенол → H2CO3 → Карбоновые кислоты
Этот ряд помогает определить, протекает реакция с кислотой или нет. Напомним, что для протекания таких реакций должна образовываться более слабая кислота.
Вопрос 1: Протекае ли реакция между уксусной кислотой и гидрокарбонатом натрия?
Для ответа на этот вопрос нужно сравнить силы уксусной и карбоновой кислот:
CH3-COOH + NaHCO3 → CH3-COONa + CO2 + H2O (?)
Угольная кислота образуется в результате реакции и является слабее уксусной, следовательно, реакция идет.
Вопрос 2: Протекает ли реакция между фенолом и гидрокарбонатом калия?
Видим, что угольная кислота сильнее фенола и, следовательно, в этом направлении реакция не идет (будет протекать обратная реакция).
Вопрос 3: Протекает ли реакция между этиловым спиртом и щелочью?
Видим, что вода обладает более сильными кислотными свойствами, чем этиловый спирт и, следовательно, в этом направлении реакция не идет. Спирты действительно не реагируют с щелочами. Необходимо знать, что алкоголяты металлов легко гидролизуются водой с образованием спирта и щелочи (обратная реакция):